JP2017116909A - 騒音低減装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】効果的に騒音低減効果を得ることが可能な騒音低減装置を提供する。【解決手段】騒音低減装置は、可動式の座席708aの周囲の少なくとも一部を包囲するシェルと共に使用されるとともに、複数の騒音マイク701a〜701f、騒音制御部、制御スピーカ704a,704bを備えている。制御スピーカ704a,704bは、騒音制御部において生成された制御音信号に基づいて音声を出力する。騒音マイク701a〜701fは、シェルを構成する後壁706aの表面よりも後方に収容されている。【選択図】図25A

Description

本開示は、例えば、航空機や鉄道車両等の密閉構造体の内部において使用される騒音低減装置に関する。
特許文献1は、空調設備などの電気機器を対象とする消音装置において、マイクとスピーカの配設位置、および騒音が伝搬する時間とスピーカから発せられる制御音に関し、遅延時間を考慮することにより、騒音の低周波成分の消音効果を高める方法を開示する。
特許文献2は、騒音を低減する場所(以下、「消音中心」または「制御点」ともいう)に対して、スピーカの配設位置を考慮することにより、ランダムな騒音に対して消音効果を高める方法を開示する。
特許文献3は、騒音検出用のマイクおよびスピーカと消音中心との位置関係により時間因果律の制限が満たせない環境下においても、制限上限周波数を設定することにより有効に騒音低減効果を発揮する方法を開示する。
特開平7−160280号公報 特開平10−171468号公報 特開2010−188752号公報
本開示の課題は、効果的に騒音低減効果を得ることが可能な騒音低減装置を提供することにある。
本開示の騒音低減装置は、可動式の座席の周囲の少なくとも一部を包囲するシェルと共に使用される騒音低減装置であって、複数の騒音検知部と、騒音制御部と、制御音出力部と、を備えている。複数の騒音検知部は、騒音を検知する。騒音制御部は、騒音検知部において検知された騒音を、制御空間の制御中心において低減するための制御音信号を生成する。制御音出力部は、制御音信号に基づいて音声を出力する。騒音検知部は、シェルを構成する壁面の表面よりも後方に収容されている。
本開示に係る騒音低減装置によれば、効果的に騒音低減効果を得ることができる。
図1は、本開示の一実施形態に係る騒音低減装置が設置された航空機内の構成示す平面図である。 図2は、図1の航空機内の構成を示す拡大平面図である。 図3Aは、図1の航空機内に設置された騒音低減装置の基本的な構成を示すブロック図である。 図3Bは、制御音発生部から発せられる制御音と騒音源から発せられる騒音とを重ね合わせる方法を示す図である。 図4は、図1の航空機内の座席周辺に設置された騒音低減装置の配置例を示す平面図である。 図5は、フィードフォワード式の騒音低減装置の基本的な構成を示すブロック図である。 図6は、図4の騒音低減装置における騒音マイク等の配置を模式的に示す図である。 図7は、図3Aの騒音低減装置において、複数の騒音マイク、エラーマイクを用いた場合の構成を示すブロック図である。 図8は、本実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図9は、図8の本実施形態に対する比較例に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図10は、図8の本実施形態に対する比較例に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図11は、図9および図10の比較例の騒音低減装置による騒音低減効果を検証した結果を示すグラフである。 図12は、図8の本実施例の騒音低減装置および図9の比較例の騒音低減装置による音低減効果を検証した結果を示すグラフである。 図13は、図8の本実施例の騒音低減装置および図9の比較例の騒音低減装置による騒音低減効果を検証した結果を示すグラフである。 図14は、本開示の他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図15は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図16は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図17は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の 配置例を示す図である。 図18は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図19は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の 配置例を示す図である。 図20Aは、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す斜視図である。 図20Bは、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す側面図である。 図21は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置における騒音マイク等の配置例を示す図である。 図22は、本開示のさらに他の実施形態に係る騒音低減装置の構成を示すブロック図である。 図23Aは、本開示のさらに他の実施形態の一例であり、図4とは異なる配置例を示す図である。 図23Bは、本開示のさらに他の実施形態の一例であり、図4とは異なる配置例を示す図である。 図24Aは、図23Aの後壁および側壁を正面から見た図であり、スピーカ、騒音マイク、誤差マイク等の配置例を示す図である。 図24Bは、図23Bの後壁および側壁を正面から見た図であり、スピーカ、騒音マイク、誤差マイク等の配置例を示す図である。 図25Aは、側面から見た座席のポジションの例であって、最も置き上がった状態(アップライトポジション)を示す図である。 図25Bは、側面から見た座席のポジションの例であって、図25Aと図25Cの中間位置(リラックスポジショ)を示す図である。 図25Cは、側面から見た座席のポジションの例であって、最もリクライニングした状態(フルフラットポジション)を示す図である。 図26は、シェルの側壁に一部壁が欠けている場合のスピーカ、マイク等の配置例を示す図である。 図27Aは、後壁の頂部に騒音を配置した例を示す図である。 図27Bは、図27Aの側面図および隣席(後席)の側面図を示す図である。 図28Aは、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の後頭、耳珠距離を示す図である。 図28Bは、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の頭頂、耳珠距離を示す図である。 図29は、前席と後席でベッドの高さが違う例を示す図である。 図30Aは、スピーカ、スピーカキャビネットから構成されるスピーカユニットを示す図である。 図30Bは、スピーカの厚みが大きい構成を示す図である。 図30Cは、スピーカのスピーカキャビネット容量を共用するスピーカキャビネットを用いる構成を示す図である。 図30Dは、スピーカのスピーカキャビネット容量を共用するスピーカキャビネットを用いる構成を示す図である。 図31は、1つの座席内で複数のスピーカのキャビネットの容量を共用するスピーカキャビネットを用いる構成を示す図である。 図32は、騒音マイク、誤差マイクをスピーカキャビネットと一体化した例を示す図である。 図33は、スピーカキャビネットおよびスピーカが壁面(側壁)に埋め込まれており、側壁と一体のメッシュ構造によって、スピーカガードが構成された例を示す図である。 図34は、さらに他のスピーカの配置の一例を示す図である。 図35は、リクライニングの少なくとも2つ以上のポジションに対応した騒音低減装置の模式図を示す図である。 図36Aは、後壁に可動しないクッション等の突起物が付いている場合の騒音マイクの配置例を示す図である。 図36Bは、後壁の外側に騒音マイクを配置した例を示す図である。 図37は、後壁のスピーカ、誤差マイクの配置を示す図である。 図38Aは、騒音低減装置による騒音低減効果を検証するためのシミュレーションの条件を示す図である。 図38Bは、騒音低減装置による騒音低減効果を検証するためのシミュレーション結果を示す図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(実施の形態1)
本開示の一実施形態に係る装置について、図1〜図7を用いて説明すれば以下の通りである。
以下では、本実施形態の騒音低減装置を、航空機100に搭載した場合の例を挙げて説明する。
まず、騒音低減装置の設置を必要とする航空機100における音環境について、図1および図2を用いて説明する。
図1は、本実施形態における騒音低減装置が設置された環境(航空機100内)を示す平面図である。
航空機100は、図1に示すように、左右の翼101a、101bと、翼101a、101bにそれぞれ装着されたエンジン102a、102bと、を備えている。
ここで、航空機100内の空間を、音環境の観点から考えると、エンジン102a、102bから発せられる音は、回転音だけでなく飛行中の空気流の反響等を伴うため、騒音源として重要な位置を占める。
エンジン102a、102bは、例えば、機内の客室A(例えば、ファーストクラス)、客室B(例えば、ビジネスクラス)および客室C(例えば、エコノミークラス)にそれぞれ設置された座席列103a、103b、103cに対して外部の騒音源NS1a、NS1bとして作用する。さらに、航空機100内では、機体が空気層を高速で移動することに伴う機体の先端部や両翼101a、101bにおける空気流との衝突音(風切り音)が騒音源NS1cとして機内の情報提供サービス等に悪影響を与えている。
図2は、騒音低減装置の設置環境の詳細を示す平面図であって、図1における客室Aおよび客室Bの一部における座席の配置を拡大して示している。
客室100aは、壁によって客室Aおよび客室Bに区分され、客室Aおよび客室Bにはそれぞれ座席列103a、103bが設けられている。
一方、客室100a内の音環境としては、エンジン102a、102bから発生する騒音源NS1a、NS1bおよび機体先端部における風切り音(騒音源NS1c)が外部の騒音源として存在する。さらに、エアコン等による騒音源NS2a〜NS2eが、客室100a内部の騒音源として存在する。
これらの騒音源において生じる騒音を客室Aに配列された1つの座席105における騒音として考えると、座席105では、窓の外側の翼に取付けられたエンジン102a、102b(図1参照)および気流音を発生原因とする騒音源NS1a〜NS1cおよびエアコンを発生原因とする騒音源NS2a〜NS2eからの騒音の影響を受ける。
特に、図1における客室Aで示したファーストクラス等では、座席105はシェル構造を有している。そして、シェル構造の内部には、映画や音楽を楽しむためのテレビやラジオ等の視聴機器や、ビジネスマンのための机、PC接続電源等々が配設されている。そして、ファーストクラス等の座席105には、乗客に対して、ゆっくりとくつろいだり、ビジネスに集中できたりする環境を提供することが強く求められている。そのため、シェル構造内の騒音低減に対する要望は特に大きいものがある。
図3Aは、本実施形態の騒音低減装置の基本的な構成を示すブロック図である。
騒音低減装置300は、フィードフォワード式の騒音低減装置(図5参照)であって、図3Aに示すように、騒音検知部320、騒音制御部330、制御音発生部340および誤差検出部350を備えている。
以下、それぞれの構成および機能について説明する。
騒音検知部320は、騒音源310から発せられる騒音を検知するマイクロホン(以下、騒音マイクと略記する)であって、検知された騒音情報を電気信号に変換して出力する。
誤差検出部350は、騒音源310から発せられる騒音と、制御音発生部340から発する制御音とを重ね合わせた残留音(誤差音)を検知するマイクロホン(以下、誤差マイクと略記する)であって、誤差音を電気信号に変換して出力する。
騒音制御部330は、図3Aに示すように、A/D変換部331、335、適応フィルタ332、係数更新部333、D/A変換部334を備えている。そして、騒音制御部330は、騒音検知部320からの騒音情報および誤差検出部350の誤差情報に基づいて、検出誤差が最小となるように制御音信号を生成する。
制御音発生部340は、スピーカであって、D/A変換部334から受け取った制御音信号を音波に変換して出力するとともに、利用者301の耳301bの近傍まで到達する騒音を相殺する逆位相の制御音を発する。
適応フィルタ332は、多段タップで構成されており、各タップのフィルタ係数を自由に設定可能なFIR(Finite Impulse Response)フィルタである。 係数更新部333には、騒音検知部320から出力される情報に加え、誤差検出部350からの検出誤差信号がA/D変換部335を介して入力される。そして、係数更新部333は、この検出誤差が最小となるように、適応フィルタ332の各フィルタ係数を調整する。すなわち、誤差検出部350の設置位置において騒音源310からの騒音とは反対の位相となるような制御音信号を生成し、D/A変換部334を介して、制御音発生部340に出力する。
A/D変換部331は、騒音検知部320からの騒音信号をA/D変換し、適応フィルタ332および係数更新部333へ出力する。
誤差検出部350は、騒音低減後の音を誤差として検出し、騒音低減装置300の動作結果に対してフィードバックを行う。これにより、騒音環境等が変化した場合でも、利用者の耳位置で常に騒音を最小にすることができる。
本実施形態の騒音低減装置300では、図3Aに示すように、騒音源310から発せられた騒音を騒音検知部320において検知する。そして、騒音低減装置300では、騒音制御部330において信号処理が行われ、制御音発生部340から制御音を出力して、騒音源310から発せられた騒音と位相が反転した制御音とを重ね合わせて、利用者301の耳301bに発信する。これにより、騒音と逆位相の制御音とが打ち消しあって、騒音の低減を行うことができる。
図3Bは、制御音発生部340から発せられる制御音と騒音源310から発せられる騒音とを重ね合わせる方法について示している。
制御音発生部340は、図3Bに示すように、騒音源310と利用者301の耳301bとを結ぶ騒音の主到達経路310N内に配置される。
これにより、制御音発生部340から騒音とは位相が反転した制御音が主到達経路340Nに沿って発せられることで、騒音と制御音とが重ね合わされて利用者301の耳301bに到達する。また、重ね合わせの領域内に誤差検出部350を配置することにより、騒音低減後の音を誤差として検出し、騒音低減装置300の動作結果に対してフィードバックを行うことで、騒音低減効果を高めることができる。
次に、本実施形態の騒音低減装置を航空機の客室に設置した場合の例について、図4および図5を用いて説明する。図4は、航空機の客室に設置された騒音低減装置の主要な構成を示す平面図である。また、図5は、図4に対応するフィードフォワード式の騒音低減装置の基本的な構成を示すブロック図である。
本騒音低減装置は、図4に示すように、航空機の客室A(図1)に配列され騒音を制御する制御空間としての座席402に設置される。
座席402は、壁面によりシェル状に周囲を囲い利用者の占有領域を確保するシェル部402aおよびシェル部402aの内部に配置された座席部402bを備えている。
シェル部402aは、前壁402aa、後壁402ab、側壁402ac、側壁402adによって四方を囲まれている。
側壁402adには、乗客がシェル部402a内に出入りするための開口が形成されている。
また、シェル部402aは、前壁402aaと両側壁402ac、402adによって囲まれる位置であって、座席部402bの前方に棚部402aeを有している。棚部402aeは、机として使用される。
座席部402bは、背もたれ部(図示せず)、利用者401が着座する腰掛け部402ba、ヘッドレスト402bcおよび肘掛け部402bd、402beを有している。また、座席部402bの背もたれ部の内部には、騒音制御部430(図3Aの騒音制御部330に相当)が設けられている。
航空機の客室Aにおける音環境としては、機体に搭載されたエンジン102a、102bや客室の内部に配設されたエアコンその他の騒音源がある。そして、座席402周辺では、各騒音源から発せられる騒音が、シェル部402aの外周部へ到達する。
座席402では、図4に示すように、例えば、外部の騒音源410から発せられた騒音に対して座席402の周囲を覆うシェル部402aによって物理的な防音が行われる。また、騒音源410からシェル部402aの内部に進入した騒音は、座席部402bに着席した利用者401の頭部401c付近へと到達する。
なお、航空機の騒音のように種々の騒音源が存在し、主要な騒音経路を特定できないような場合には、無指向性の騒音マイクがシェル部402a(制御空間)またはその近傍に複数配置される。
図4は、シェル部402aの所定の位置に騒音マイク420a〜420g(図3Aの騒音検知部320に相当)を、座席に制御スピーカ440a、440b(図3Aの制御音発生部340に相当)、および誤差マイク450a、450b(図3Aの誤差検出部350に相当)を配置した例を示している。
本実施形態の騒音低減装置では、図4に示すように、シェル部402aの内部を座席402の制御空間とし、座席部402bに着席した利用者401の耳401a、401bの近傍に設置された誤差マイク450a、450bを制御中心として定義する。
本騒音低減装置では、図5に示すように、騒音マイク420a〜420gにおいて騒音が検知されるとともに、制御中心となる誤差マイク450a、450bに騒音が届くまでの間に、騒音とは逆位相の制御音が制御スピーカ440a、440bから出力されることで騒音の低減を図るフィードフォワード式の構成が採用されている。
また、本実施形態の騒音低減装置では、図4に示すように、騒音マイク420a(第2騒音検知部)が、他の騒音マイク420b〜420g(第1騒音検知部)と比較して、制御中心となる誤差マイク450a、450bから最も近い位置、具体的には、座席402内のヘッドレスト402bc付近に配置されている。
一方、他の騒音マイク420b〜420gは、座席402の外周を覆うシェル部402aにおける座席402の側面を覆う側壁402ac、402adに、それぞれ取り付けられている。
つまり、本実施形態では、座席402に着席した利用者401の耳401a、401bに届く騒音を低減する処理を効果的に実施するために、シェル部402aの内部に1つの騒音マイク420aを配置するとともに、座席402の周囲を囲うシェル部402aの側壁402ac、402adに6つの騒音マイク420b〜420gを配置している。
ここで、これらの騒音マイク420a〜420gの配置位置について、図6を用いて、制御中心からの距離との関係から説明する。
すなわち、本実施形態の騒音低減装置では、7つの騒音マイク420a〜420gのうち、騒音マイク420aだけを制御中心(誤差マイク450a、450b)から近距離に配置している。
具体的には、図6に示すように、制御中心(誤差マイク450a、450b)から制御スピーカ440a、440bまでの距離d0、制御中心から騒音マイク420aまでの距離をd1とすると、騒音マイク420aは、以下の関係式(1)、(2)を満たす位置に配置されている。
d=d0+t×v−λ/2・・・・・(1)
d1<d ・・・・・(2)
(なお、制御スピーカにおける制御遅延時間t、音速v、制御上限周波数fに対応する波長λとする。ここで、スピーカにおける制御遅延時間は、図3Aにおける騒音制御部330と制御音発生部340の遅延の合計に相当する。)
一方、制御中心から騒音マイク420b〜420gまでの距離をd2とすると、騒音マイク420b〜420gは、以下の関係式(3)を満たす位置に配置されている。
d2>d・・・・・(3)
つまり、本実施形態の騒音低減装置では、図6に示すように、騒音マイク420aは、制御中心から距離dの位置(点線の円)よりも内側に配置されており、騒音マイク420b〜420gは、点線の円よりも外側に配置されている。
ここで、騒音マイクの配置について、一般的には、制御中心から近い位置だけに配置した場合には、因果律を満たさないため、低い周波数帯(例えば、300Hz以下)の音が少し消える程度の効果しか得られない。
逆に、制御中心から遠い位置だけに騒音マイクを配置した場合には、因果律を満たすため、広い周波数帯域にわたって騒音低減効果は得られる。しかしながら、騒音マイクにおいて検知される騒音と制御中心に届く騒音との相関性が低下してしまうため、低減される音量が少なくなるという問題がある。
そこで、本実施形態の騒音低減装置では、制御中心からの距離dを基準とし、距離dよりも遠い位置と近い位置とにそれぞれ騒音マイクを配置している。そして、距離dよりも近い位置に設置される騒音マイク420a(1個)については、距離dよりも遠い位置に設置される騒音マイク420b〜420g(6個)よりも少ない。
これにより、因果律を満たす作用と、相関性を強くする作用とがともに働くため、広い周波数帯において騒音の低減効果を得ることができる。
通常、制御中心からの距離が近い騒音マイクの方が、距離が遠い騒音マイクよりも少ない数で同等の相関性が得られる。この相関性によって騒音の低減量が決まるため、距離が近い騒音マイクの数を距離が遠い騒音マイクの数よりも少なくすることで、より少ない数の騒音マイクによって、コストや制御用信号処理の複雑度を下げつつ、広い周波数帯域において騒音の低減効果を得ることができる。
より具体的には、本実施形態の騒音低減装置では、以上の関係式(1)〜(3)の条件を満たすように、各騒音マイク420a〜420gが配置される。
これにより、騒音低減制御における因果律を満たしつつ、騒音マイク420a〜420gにおいて検知される騒音と実際に利用者401の耳付近に届く騒音との高い相関性を維持することができる。よって、航空機100の客室内のように、多くの騒音源が存在する場合や、様々な方向から騒音が到来する場合でも、低域から高域までの周波数帯において効果的に騒音の低減を行うことができる。
なお、本実施形態の騒音低減装置による騒音低減効果については、以下の実施例において、比較例を用いた検証結果とともに説明する。
ここで、騒音マイク420a〜420gについて、制御中心からの距離dよりも遠くに配置された騒音マイク420b〜420gを明示的に高域用、距離dよりも近くに配置された騒音マイク420aを明示的に低域用として配置してもよい。
しかし、本実施形態では、適応フィルタ432a〜432gのフィルタ応答が、自動的に近くの騒音マイク420aは低域の騒音を主に低減するフィルタを構成する。よって、騒音マイクとしては、距離dよりも近い位置・遠い位置にそれぞれ配置される全ての騒音マイク420a〜420gについて、共通の広帯域用のマイクを用いることができる。
換言すれば、低域用の騒音マイク420aにおける制御上限周波数f1、高域用の騒音マイク420b〜420gにおける制御上限周波数f2とすると、実際の使用上、f1<f2となる。
なお、距離dよりも近い位置に配置された騒音マイク420aの制御上限周波数は、例えば、300Hz以下である。
次に、本実施形態の騒音低減装置では、上述したように、複数の騒音マイク420a〜420g、制御スピーカ440a、440b、誤差マイク450a、450bによって構成されている。このため、実際の制御ブロックは、図3Aに示すような単純な構成ではなく、図7に示すような構成となる。
なお、騒音マイク420a〜420g、A/D変換部431a〜431g、適応フィルタ432a〜432g、係数更新部433a〜433g、D/A変換部434a、434b、A/D変換部435a、435b、制御スピーカ440a、440b、誤差マイク450a、450bについては、それぞれ図3Aに示す騒音検知部320、A/D変換部331、適応フィルタ332、係数更新部333、D/A変換部334、A/D変換部335、制御音発生部340、誤差検出部350に対応する構成である。よって、これらの構成の機能については、詳細な説明は省略する。
すなわち、本実施形態の騒音低減装置では、騒音源410から発せられた騒音が各騒音マイク420a〜420gにおいて検知される。そして、各騒音マイク420a〜420gにおいて検知された騒音は、A/D変換部431a〜431gを経由してデジタル信号へ変換された後、適応フィルタ432a〜432gへ入力される。
適応フィルタ432a〜432gでは、係数更新部433a〜433gによって、誤差マイク450a、450bにおいて検出される誤差が最小となるように、それぞれのフィルタ係数が調整される。
各適応フィルタ432a〜432gからの出力は、加算部460a、460bによって加算された後、D/A変換部434a、434bを経由して、制御スピーカ440a、440bへと送られ、制御音が発せられる。
そして、誤差マイク450a、450bにおいて検出された騒音低減処理後の音は、A/D変換部435a、435bにおいてデジタル信号へ変換された後、適応フィルタ432a〜432gのフィルタ係数を調整する係数更新部433a〜433gへと送られる。
これにより、複数の騒音マイク420a〜420g、制御スピーカ440a、440b、誤差マイク450a、450bを含む構成であっても、上述したように、航空機100の客室内のように、多くの騒音源が存在する場合や、様々な方向から騒音が到来する場合でも、低域から高域までの周波数帯において効果的に騒音の低減を行うことができる。
<実施例>
上述した実施形態に係る騒音低減装置による騒音低減の効果について、比較例とともに説明すれば以下の通りである。
すなわち、本実施例では、図8に示すように、12個の騒音マイク520a〜520l、2つの制御スピーカ540a、540b、制御中心となる2つの誤差マイク550a、550bを含む騒音低減装置を用いて、騒音低減効果を検証した。
ここで、上述したように、制御中心(誤差マイク550a、550b)から制御スピーカ540a、540bまでの距離d0とする。
騒音マイク(第1騒音検知部)520a、520bは、制御中心(誤差マイク550a、550b)からの距離d1が、上述した以下の関係式(1)によって示される距離dよりも小さくなるように、図8に示す点線の円の内側に配置されている。
一方、騒音マイク(第2騒音検知部)520c〜520lは、制御中心(誤差マイク550a、550b)からの距離d2が、上述した以下の関係式(1)によって示される距離dよりも大きくなるように、図8に示す点線の円の外側に配置されている。
d=d0+t×v−λ/2・・・・・(1)
すなわち、本実施例では、上述した関係式(2)、(3)(d1<d、d2>d)の関係を満たすように、騒音マイク520a〜520lが配置されている。
次に、本実施例の騒音低減効果を検証する上で、比較対象となる比較例1、2について、以下で説明する。
(比較例1)
本比較例では、図9に示すように、10個の騒音マイク620a〜620j、2つの制御スピーカ640a、640b、制御中心となる2つの誤差マイク650a、650bを含む騒音低減装置を用いて、騒音低減効果を検証した。
ここで、上述したように、制御中心(誤差マイク650a、650b)から制御スピーカ640a、640bまでの距離d0とする。
本比較例では、10個全ての騒音マイク620a〜620jは、制御中心(誤差マイク650a、650b)からの距離dxが、上述した以下の関係式(1)によって示される距離dよりも大きくなるように、図9に示す点線の円の外側に配置されている。
d=d0+t×v−λ/2・・・・・(1)
すなわち、本比較例では、dx>dの関係を満たすように、騒音マイク620a〜620jが配置されている。
(比較例2)
本比較例では、図10に示すように、12個の騒音マイク620a〜620l、2つの制御スピーカ640a、640b、制御中心となる2つの誤差マイク650a、650bを含む騒音低減装置を用いて、騒音低減効果を検証した。
ここで、上述したように、制御中心(誤差マイク650a、650b)から制御スピーカ640a、640bまでの距離d0とする。
本比較例では、12個全ての騒音マイク620a〜620lは、制御中心(誤差マイク650a、650b)からの距離dxが、上述した以下の関係式(1)によって示される距離dよりも大きくなるように、図10に示す点線の円の外側に配置されている。
d=d0+t×v−λ/2・・・・・(1)
すなわち、本比較例でも、上記比較例1と同様に、dx>dの関係を満たすように、騒音マイク620a〜620jが配置されている。
<実施例、比較例1、2の構成による騒音低減効果の結果検証>
まず、比較例1、2の構成による騒音低減効果の結果検証について、図11のグラフを用いて説明すれば以下の通りである。
すなわち、10個の騒音マイク620a〜620jを用いた比較例1の構成によれば、周波数70Hz以降の周波数帯において騒音低減効果が現れ、主に、70〜300Hzの周波数帯において効果が得られることが分かった。
一方、12個の騒音マイク620a〜620lを用いた比較例2の構成によれば、周波数70Hz以降の周波数帯において騒音低減効果が現れ、主に、70〜300Hzの周波数帯において、上記比較例1とほぼ同等の効果が得られることが分かった。
次に、本実施例と比較例1の構成による騒音低減効果の結果検証について、図12のグラフを用いて説明すれば以下の通りである。
すなわち、10個の騒音マイク620a〜620jを用いた比較例1の構成による結果と、本実施例の構成による結果とを比較すると、ともに70〜300Hzの周波数帯において効果が得られることが分かった。
しかし、特に、100〜300Hzの周波数帯においては、比較例1よりも実施例による騒音低減効果の方がより大きく現れていることが分かった。
これは、本実施例では、全ての騒音マイク520a〜520lを制御中心からの距離dよりも離れた位置に配置するのではなく、一部の騒音マイク520a、520bについては距離dよりも近い位置に配置したことが要因であると考えられる。
すなわち、本実施例の構成では、制御中心からの距離dを基準として、距離dよりも近い位置に2個の騒音マイク520a、520b、距離dよりも遠い位置に2個よりも多い数の騒音マイク520c〜520lをそれぞれ配置している。
これにより、騒音低減制御における因果律を満たしつつ、騒音マイク520a〜520lにおいて検知される騒音と実際に利用者の耳付近に届く騒音との高い相関性を維持することができたと考えられる。よって、航空機の客室内のように、多くの騒音源が存在する場合や、様々な方向から騒音が到来する場合でも、低域から高域までの周波数帯において効果的に騒音の低減を行うことができる。
同様に、図12に示すグラフとは各種条件(騒音源の位置、囲い(シェル部等)の有無等)を変えて実施された図13のグラフに示す結果においても同様に、100〜300Hzの周波数帯においては、比較例1よりも実施例による騒音低減効果の方がより大きく現れていることが分かった。
以上のことから、上述した本実施形態の構成によれば、従来の構成と比較して、より効果的な騒音低減効果が得られることが分かった。
図12および図13の結果が示す通り、距離dよりも近い位置の騒音マイクは、300Hz以下の周波数の低減に効果的である。したがって、距離dよりも近い位置の騒音マイクの制御上限周波数は、300Hzであることが望ましい。また、距離dよりも遠い位置の騒音マイクの制御上限周波数(本騒音低減装置の制御上限周波数)は、300Hz以上であることが望ましい。
(他の実施形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
(A)
上記実施形態では、騒音マイク420a〜420gにおける制御上限周波数fに対応する波長λ等を用いて設定される距離dを基準にして、騒音マイク420aおよび騒音マイク420b〜420gの配置を設定した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、図14に示すように、制御中心とする誤差マイク650a、650bからの距離がほぼ同等になるように、10個の騒音マイク620a〜620jを配置した場合の騒音低減効果について説明する。
一般的に、騒音マイクの配置は、制御中心から近い位置だけに配置した場合には、因果律を満たさないため、低い周波数帯(例えば、300Hz以下)の音が少し消える程度の効果しか得られない。
逆に、制御中心から遠い位置だけに騒音マイクを配置した場合には、因果律を満たすため、広い周波数帯域にわたって騒音低減効果は得られる。しかしながら、騒音マイクにおいて検知される騒音と制御中心に届く騒音との相関性が低下してしまうため、低減される音量が少なくなるという問題がある。
相関性を高めるためには、関係式(4)で示される距離daの範囲で、騒音マイクが近くに配置されることが好ましい。しかし、因果律を満たすためには、関係式(5)の距離dbを満たす必要があることから、多数の騒音マイクを配置する場合には、距離daとdbの範囲で誤差マイクからの距離がほぼ同等になるように配置されている方が、因果律を満たす作用と相関性を強くする作用との相互作用の結果、騒音の低減効果をより高めることができる。
ここで、λは騒音マイク620a〜620jにおける制御上限周波数fに対応する波長、tは制御スピーカの制御遅延時間、vは音速である。
つまり、距離がほぼ同等とは、図14に示すように、最も遠い位置にある騒音マイク620gの制御中心からの距離dmax、最も近い位置にある騒音マイク620fの制御中心からの距離dminとすると、関係式(6)を満たすこととしている。
da=d0+t×v−λ/2・・・・・(4)
db=d0+t×v ・・・・・(5)
dmax−dmin<λ/2・・・・・(6)
なお、スピーカの制御遅延時間が不明な場合、関係式(4)および関係式(5)は決定できないが、多数の騒音マイクをほぼ同等の距離(関係式(6)の範囲内)で配置することにより、少ないマイク数で効果的に騒音を低減することができる。
ここで、本実施形態の構成を上記実施形態の図4に当てはめると、騒音マイク420aを除き、騒音マイク420b〜420gを制御中心である誤差マイク450aもしくは誤差マイク450bからほぼ同等の距離に配置されていることに相当する。
図15は、図4の側面図であって、誤差マイク450aからほぼ同等の距離に騒音マイク420b〜420d、誤差マイク450bからほぼ同等の距離に騒音マイク420e〜420gが配置された例を示している。
このように制御中心が複数ある場合には、それぞれの制御中心からほぼ同等の距離に配置されていればよく、これに限られるものではない。
例えば、誤差マイク450aと誤差マイク450bとの中点を1つの制御中心とみなし、そこから騒音マイクまでの距離をほぼ同等としてもよいし、どちらか一方の制御中心を制御中心とみなしてもよい。
また、上記実施形態と同様に、図16に示すように、多数の騒音マイクがほぼ同等の距離に配置されるとともに、それより少ない騒音マイクが距離dminよりも近距離に配置されていてもよい。
これにより、航空機内の客室のように、多くの騒音源が存在する場合や、反射等の影響で様々な方向から騒音が到来する場合でも、低域から高域までの周波数において効果的に騒音を低減することができる。なお、図4および図15に示す構成では、騒音マイク420aが近距離に配置されたマイクに相当する。
(B)
上記他の実施形態(A)では、図4および図5に示すように、航空機内に設置されたシェル部402aの側壁402ac、402adに対して、制御中心からの距離がほぼ同等になるように、騒音マイク420b〜420gを配置した例について説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
図17に示す構成は、図4に示す構成と比較して、前壁402aaがないシェル部であって、この構成では、開放された前方および上方からの騒音が主になる例を示している。 例えば、シェル部402aの側壁402ac、402adに取り付けられた騒音マイク420b〜420gに加えて、図17に示すように、シェル部402aの後壁402abに対して騒音マイク420h、420iを設けてもよい。
この場合でも、各騒音マイク420b〜420iの制御中心からの距離がほぼ同等になるように配置するとともに、互いに隣接する騒音マイク420b〜420i同士の間の距離もほぼ同じになるように配置することで、騒音の進入方向がある程度限定されるシェル部402a内において、上記と同様の騒音低減効果を得ることができる。
また、図17に示す構成に加えて、図18では、前壁402aaがある例を示している。この場合、シェル部402aの前壁402aaに対して騒音マイク420j、420kを追加してもよい。
この場合でも、各騒音マイク420b〜420kの制御中心からの距離がほぼ同等になるように配置するとともに、互いに隣接する騒音マイク420b〜420k同士の間の距離もほぼ同じになるように配置することで、騒音の進入方向がある程度限定されるシェル部402a内において、上記と同様の騒音低減効果を得ることができる。
また、図19に示すように、誤差マイク450a、450bを複数とし、この誤差マイク450a、450bの近くに近距離用の騒音マイク420a1、420a2をそれぞれ設置してもよい。
この場合でも、各騒音マイク420b〜420dは制御中心(誤差マイク450b)からの距離がほぼ同等になるように、騒音マイク420e〜420gは制御中心(誤差マイク450a)からの距離がほぼ同等になるように配置するとともに、互いに隣接する騒音マイク420b〜420d、および騒音マイク420e〜420g同士の間の距離もほぼ同じになるように配置することで、上記と同様の騒音低減効果を得ることができる。
さらに、図20Aおよび図20Bに示すように、誤差マイク450a1、450a2を側壁402ac側に、誤差マイク450b1、450b2を側壁402ad側にそれぞれ設けた構成であってもよい。
この場合には、側壁402ac側の誤差マイク450a1、450a2については、騒音マイク420e〜420gが近い方の誤差マイク450a1、450a2からの距離がほぼ同等になるように配置されているとともに、図20Bに示すように、側壁402ad側の誤差マイク450b1、450b2については、騒音マイク420b〜420dが近い方の誤差マイク450b1、450b2からの距離がほぼ同等になるように配置されていればよい。
あるいは、側壁402ac側の誤差マイク450a1、450a2、側壁402ad側の誤差マイク450b1、450b2のうち、それぞれの側のいずれか1つの誤差マイクを基準にして、そこからの距離がほぼ同等になるように騒音マイクが配置されていてもよい。
また、図21に示すように、フード状のシェル部480の場合には、2つの誤差マイク450a1、450a2のいずれかからの距離がほぼ同等になるように、各騒音マイク420b〜420iが配置されていてもよい。
なお、このとき、各各騒音マイク420b〜420iは、互いに隣接する騒音マイク同士の間隔がほぼ同じになるように配置されていることが好ましい。
この構成によれば、上述したシェル部480内における騒音低減効果を得ることができる。
(C)
上記実施形態では、制御スピーカ440a、440bから発せられた騒音とは逆位相の制御音が、各騒音マイク420a〜420g(特に、騒音マイク420a)に及ぼす影響を無視して、騒音低減制御を実施する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、図22に示すように、制御スピーカ440a、440bから発せられた騒音とは逆位相の制御音が、各騒音マイク420a〜420gにおいて検知され、実際の騒音を正確に検知できなくなることを防止するために、各騒音マイク420a〜420gにおける検知結果から制御音をキャンセルするためのエコーキャンセル部470を設けてもよい。
エコーキャンセル部470は、図22に示すように、制御スピーカ440aから発せられる制御音のエコー信号を受信して、騒音マイク420aの出力からエコー信号の分をキャンセルする処理を実施する。
具体的には、エコーキャンセル部470は、低域用の騒音マイク420a用に設けられている。また、エコーキャンセルにおいて、エコーキャンセル部470は予め伝達関数を測定しておく。伝達関数は、制御スピーカ440aの出力が騒音マイク420aにおいて検知されるまでの系の特性を表すものである。エコーキャンセル部470は、この伝達関数をFIRフィルタを用いて近似する。次に、エコーキャンセル部470は、制御スピーカ440aからの出力をFIRフィルタに通すことで、その出力に伝達関数を適用する。次に、その結果得られた出力信号を、騒音マイク420aの入力から引き算し、エコーキャンセル処理が終わる。
これにより、制御スピーカ440aから近距離に配置された騒音マイク420aにおいて検知される騒音から、制御音分の音をキャンセルすることができる。よって、制御スピーカ440aから近距離に騒音マイク420aが配置された場合でも、制御音の影響を受けることなく、正確な騒音検出を実施することができる。
なお、図22に示す構成では、制御スピーカ440aと騒音マイク420aに対応する位置にエコーキャンセル部470を設けているが、制御中心(誤差マイク450a、450b)に近い位置に配置された全ての騒音マイクに対応する位置に設けてもよい。
あるいは、制御中心からの距離に関係なく、全ての騒音マイクに対応する位置に、エコーキャンセル部を設けてもよい。
(D)
上記実施形態では、7個の騒音マイク420a〜420gについて、低域用・高域用と区別することなく、共通の広域用のマイクを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上述した距離dよりも近い位置に配置される騒音マイクに対応する係数更新部の前段部に、低域周波数の音だけを通過させるLPF(Low Pass Filter)を、距離dよりも遠い位置に配置される騒音マイクに対応する係数更新部の前段部に、高域周波数の音だけを通過させるHPF(High Pass Filter)を設けてもよい。
これにより、距離dよりも近い位置に配置される騒音マイクを低域用、距離dよりも遠い位置に配置される騒音マイクを高域用のマイクとして使用することができる。
(E)
上記実施形態では、騒音を検知する騒音検知部として、騒音マイク420a〜420g等を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、マイクの代わりに、振動センサ等を用いてもよい。
(F)
上記実施形態では、本開示の騒音低減装置を、航空機100の客室内に設置した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
本騒音低減装置の設置場所としては、航空機内の客室内に限らず、例えば、操縦士の耳の負担を軽減するために、航空機の操縦席等に設置してもよい。あるいは、航空機に限らず、ヘリコプターや電車、バス等、他の乗り物等に設置してもよい。さらに、乗り物等の移動体に限らず、騒音が発生する工事現場やライブハウス等の近隣の建物等に設置してもよい。
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示の騒音低減装置は、航空機の客席等、多くの騒音源が存在する場合や、反射が大きく様々な方向から騒音が到来する場合でも、低域から高域まで広い周波数帯において効果的に騒音を低減することができるという効果を奏することから、様々な場所に設置される騒音低減装置に対して広く適用可能である。
(G)
図23A、図23Bは、本開示のさらに他の実施形態の一例であり、図4とは異なる配置例である。
図23A、図23Bは、シェルの後壁706a、シェルの側壁707a、707b、シェル内部に配置される座席708aを示す図である。図23Aおよび図23Bは、フルフラットポジションまでリクライニングをした状態を示している。
座席708aは、フルフラットまでリクライニングした状態では、ベッドと呼ぶこともある。座席は、可倒式(リクライニング可能)であり、アップライトポジションから、フルフラットポジションまで無段階に角度を調節できる。
ポジションの例については、図25A、図25B、図25Cに示している。図24A、図24Bは、図23A、図23Bの後壁706a、および側壁707a、707bを正面から見た図であり、スピーカ、騒音マイク、誤差マイク等の配置例を示している。
図24Aに示す、騒音マイク701a、701b、701cは、スピーカ704a、誤差マイク702aの距離をd0として、関係式(3)のd2の距離を満たす騒音マイクであり、騒音マイク701gは、関係式(2)のd1の距離を満たす騒音マイクである。同様に、騒音マイク701d、701e、701fは、スピーカ704b、誤差マイク702bの距離をd0として、関係式(3)のd2の距離を満たす騒音マイクであり、騒音マイク701hは、関係式(2)のd1の距離を満たす騒音マイクである。
図24Bに示す、騒音マイク701i、701j、701kは、スピーカ704c、誤差マイク702cの距離をd0として、関係式(3)のd2の距離を満たす騒音マイクであり、騒音マイク701oは、関係式(2)のd1の距離を満たす騒音マイクである。同様に、騒音マイク701l、701m、701nは、スピーカ704d、誤差マイク702dの距離をd0として、関係式(3)のd2の距離を満たす騒音マイクであり、騒音マイク701pは、関係式(2)のd1の距離を満たす騒音マイクである。
騒音マイクおよび誤差マイクは、シェルの内部に向けて設置されており、水等がこぼれても、マイクの内部に入りにくい。よって、マイクの信頼性が高くなる。
また、上部の騒音マイク701a〜701f、701i〜701nも、シェルの後壁、側壁の内部に向けて設置されている。よって、壁に手を置いた場合にも騒音マイクが塞がれず、騒音低減の効果悪化を防ぐことができる。
マイクキャビネット(筐体部)703a〜703hには、複数のマイクがアレイ状に取り付けられている。これにより、複数のマイクの取り付け、メンテナンス時の取り外しが容易であり、かつ複数のマイク間の距離をあらかじめほぼ等間隔にしておくことにより、集音マイクの間隔がほぼ同じになるような設置が容易である。
図25A、図25B、図25Cは、側面から見た座席のポジションの例を示している。図25Aは、最も置き上がった状態で、本実施例では、アップライトポジションと呼ぶ。図25Cは、最もリクライニングした状態でフルフラットポジションと呼び、図25Bは、図25Aと図25Cの中間位置でリラックスポジションと呼ぶ。
座席708aは、自由な角度にリクライニングが可能であり、アップライトポジション、リラックスポジション、フルフラットポジションを実現できる。フルフラットポジションでは、座席708aはベッドの役割になる。
騒音マイク、誤差マイク、およびスピーカは、シートのリクライニング時に邪魔にならないように、後壁や側壁に埋め込まれ、突起がないのが望ましい。
図25A、図25B、図25Cでは、シェルを構成する後壁706aの表面よりも奥まった位置(後方)に埋め込まれた騒音マイク701a〜701h、誤差マイク702A、702B、スピーカ704a、704bのみを示している。しかし、側壁の騒音マイク、誤差マイク、スピーカについても、リクライニングに邪魔にならないように埋め込まれ、突起がないことが望ましい。
図26は、シェルの側壁707cに一部壁が欠けている場合のスピーカ、マイク等の配置例を示している。図24Bと同様に、騒音マイク701i、701j、701kは、スピーカ704c、誤差マイク702cの距離をd0として、関係式(3)のd2の距離を満たす騒音マイクである。騒音マイク701oは、関係式(2)のd1の距離を満たす騒音マイクである。同様に、騒音マイク701l、701m、701nは、スピーカ704d、誤差マイク702dの距離をd0として、関係式(3)のd2の距離を満たす騒音マイクである。騒音マイク701pは、関係式(2)のd1の距離を満たす騒音マイクである。
図27Aは、シェルを構成する後壁706aの頂部に騒音マイク701a〜701fを配置した例を示している。また、図27Bは、図27Aの側面図および、隣席(後席)の側面図を示している。この場合、図27Bのように、前後に座席で騒音マイク701a〜701fを共用でき、騒音マイク数を減らすことができる。図27Bでは、隣席(後席)の後壁706b、座席708bを示している。座席708bも、座席708aと同様に、フルフラットモードではベッドの役割をするため、ベッドと呼ぶこともある。
ここでは、騒音マイクをシェルを構成する後壁706aの頂部に配置した例を示したが、同様に、側壁の頂部に騒音マイクを配置することで、左右の座席の騒音マイクを共用でき、騒音マイク数を減らすことができる。
ここで、AIST人体寸法データベース1991−92によると、図28Aのように、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の後頭、耳珠距離1001aは、77mm〜99mmである。また、図28Bのように、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の頭頂、耳珠距離1001bは、124mm〜147mmである。
また、図25Cにおいて、誤差マイク702a、702bは、耳401a、401bの位置(耳珠位置)に近い方が望ましい。なぜなら、騒音低減装置は誤差マイクの位置において騒音が最も低減されるように制御を行うため、利用者の耳が、誤差マイクに近い方が騒音低減効果を得られるためである。したがって、後壁706aに誤差マイクを配置する場合、耳401a、401bと同じ高さであることが望ましい。
さらには、スピーカ704a、704bも耳401a、401bと同じ高さであることが望ましい。理由は、次の通りである。
(a)スピーカと耳珠との距離はスピーカと誤差マイクとの距離と一致させることが望ましい。なぜなら、そうすることで誤差マイクの音圧と耳珠の音圧が一致し、耳珠位置での騒音低減効果が誤差マイク位置での騒音低減効果と近くなるためである。
スピーカと誤差マイクとが同じ高さの場合、スピーカ−耳珠間距離と、スピーカ−誤差マイク間距離とが一致する位置が分布する範囲は、ベッドからスピーカ及び誤差マイクまでの高さにおいて最大となる。通常、利用者の頭の高さはベッドに横たわった状態では一定のため、耳の高さは一定であり、その場合、騒音低減効果が誤差マイクでの騒音低減効果と近くなる範囲が最大となるためである。
また、スピーカと誤差マイクとの距離は近い方が望ましい。なぜなら、関係式(1)に示すスピーカと誤差マイクの距離d0が小さいと、関係式(1)で示す騒音マイクの距離dが小さくなり、より誤差マイクに近い位置に関係式(3)の距離d2を満たす騒音マイクを配置でき、騒音マイクと誤差マイクの相関性が高く、高い騒音低減効果が期待できるためである。また、スピーカ−誤差マイク間距離が小さいほど、スピーカの音量が小さくても、誤差マイク位置で騒音を低減する音圧を得られるため、スピーカの負荷が軽減されるとともに、もし、スピーカに耳が近づいた場合でも、騒音を増加させる可能性が低くなるためである。
以上の条件から、スピーカ−誤差マイク間距離は、成年男性・女性の5〜95%の範囲の頭頂耳珠距離の上限である147mmよりも、近いことが望ましい。
ただし、騒音低減効果を得るためには、音圧以外にも位相の条件があり、制御音の位相がλ/6ずれると騒音と制御音を重畳した二つの波のエネルギーは元の騒音エネルギーと等しくなって、騒音低減効果が得られない。
例えば、制御周波数を500Hzとすると、λ/6=約113mm(音速を340m/sとする)である。つまり、スピーカ−誤差マイク間距離が147−113mm=34mm以下では、誤差マイクの位置では騒音低減効果があっても、利用者の耳の位置では騒音低減効果が得られない。
図37は、図25Cに示す構成の一部を正面から見た図である。スピーカ−誤差マイク間距離をd0a、d0cとすると、上記のことから、d0a、d0cは下記の関係式(7)を満たすことが望ましい。ここでも関係式(1)(4)(6)と同様に、λは制御上限周波数fに対する波長である。
d0a > 147−λ/6(mm),
d0c > 147−λ/6(mm) ・・・・・(7)
図38A及び図38Bは、λ/6=56mmのシミュレーション結果である。この時のfは約1kHzであり1kHz以上では、誤差マイクの位置では騒音低減効果があっても、利用者の耳の位置では、騒音低減効果が得られず、騒音が増加することを示している。
ここで、f=385Hzとすると、λ/6=約147mmである。つまり、関係式(7)=約0mmとなるため、fが385Hz以下の場合は音圧の条件のみで規定され、スピーカと誤差マイクの距離の下限値は0mmである。
ベッド(座席708a)と頭部401cの間に利用者401がクッションや枕等を置くことを考慮すると、スピーカのベッド上部からの高さは、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の後頭、耳珠の最低距離である77mm以上にすることが望ましい。
クッションや枕を置かない場合でも、図25A、図25B、図25Cに示すように、ベッド(座席708a)はリクライニング可能であり、フルフラットポジションと、アップライトポジションの中間位置であるリラックスポジション図25Bの耳401a、401bの位置までの間に、スピーカのベッド上部からの高さを設定するのが望ましい。
この場合、フルフラットポジションとリラックスポジションの間で騒音低減効果が期待できる。
クッションや枕の高さを10mmとすると、スピーカのベッド上面からの高さは、87mmから107mmの範囲であることが望ましい。なお、ここでのスピーカ高さの基準はスピーカ中心を基準としているが、スピーカの開口範囲では騒音低減効果は維持できる。
図29は、前席と後席でベッドの高さが違う例を示している。
前述の通り、リクライニング時に邪魔にならないようスピーカは後壁706a1,706a2に突起なく埋め込まれることが望ましい。前席のスピーカキャビネット705aと後席のスピーカキャビネットの高さを変えることで、それぞれのスピーカキャビネットが干渉することなく、後壁706a1,706a2の厚みを薄くすることができる。
つまり、前席のスピーカキャビネット705aは、後席の後壁706a2にも埋め込まれ、後席のスピーカキャビネット705eは、前席の後壁706a1にも埋め込まれる。
これにより、後壁706a1,706a2を薄くすることができるため、同じ客室の広さの中で、利用者に広い空間を提供でき快適性が向上する。
なお、図29では前席と後席でスピーカを高さ方向に変える例を示したが、左右方向、斜め方向でもよく、これに限るものではない。また側壁のスピーカと左右席でも同様に設置することで、側壁を薄くできる。
図30Aは、スピーカ804a、804b、スピーカキャビネット(筐体部)805a、805bから構成されるスピーカユニットである。スピーカ804a、804bは、スピーカキャビネット805a、805bに対して対象ではない位置に取り付けられている。スピーカキャビネット805a、805bは、スピーカ804a、804bの取付部後方の厚みが厚く、それ以外を薄くしている。
このようなスピーカを用いると、図30Bのように、スピーカ804a、804bの厚みが厚い場合でも、スピーカキャビネット805aとスピーカキャビネット805bが干渉せず、スピーカ804aとスピーカ804bを近づけることができる。このスピーカキャビネット805aとスピーカキャビネット805bを前席と後席の後壁に埋め込む場合、後壁を薄くでき、同じ客室の広さの中で、利用者に広い空間を提供でき快適性が向上する。
また、図30C、図30Dのようにスピーカ804aとスピーカ804bのスピーカキャビネット容量を共用するスピーカキャビネット805cを用いる構成にしてもよい。
この場合も、スピーカ804aとスピーカ804bを近づけることができ、スピーカキャビネットを前席と後席の後壁に埋め込む場合、後壁を薄くでき、同じ客室の広さの中で、利用者に広い空間を提供でき快適性が向上する。
一般的に、スピーカはキャビネットの容量が大きい方が性能が向上する。このため、スピーカ804aとスピーカ804bそれぞれのスピーカキャビネットを使用するよりも、共用スピーカキャビネット805Cを使用する方が、同じ性能で、合計のスピーカキャビネット容量が小さくなり、後壁への埋め込む体積が小さくなる。よって、後壁の強度を強くできるとともに、後壁を薄くでき、同じ客室の広さの中で、利用者に広い空間を提供でき快適性が向上する。
本実施例では、後壁と前後席の場合について説明したが、側壁と左右壁でも同様である。また、図31に示すように、1つの座席内で複数のスピーカのキャビネットの容量を共用するスピーカキャビネット705fを用いる構成にしてもよい。
この場合も、後壁への埋め込む体積が小さくなるため、後壁の強度を強くできるとともに、後壁を薄くでき、同じ客室の広さの中で、利用者に広い空間を提供でき快適性が向上する。
図32は、騒音マイク701g、701h、誤差マイク702a、702bをスピーカキャビネット705a、705bと一体化した例を示している。スピーカキャビネットと一体化することで、マイクの取り付け、メンテナンス時の取り外しが容易である。一体化するのは、スピーカキャビネットと騒音マイクだけでもよく、スピーカキャビネットと誤差マイクだけでもよく、その両方でもよい。
図33は、スピーカガード(ガード部材)709を示す図である。スピーカキャビネット705cおよびスピーカ704cは、壁面(側壁)707aに埋め込まれており、側壁と一体のメッシュ構造によって、スピーカガード709が構成されている。
これにより、スピーカガードを別途用意する必要はなく、取り付けの作業が必要ない。また、側壁と一体のため強度が強く、利用者がスピーカに触れることを防ぐことができるため、スピーカに触れることによる騒音低減効果の悪化および、スピーカの故障を防ぐことができる。
図34は、スピーカ704a〜704dの配置の一例を示している。スピーカを少なくとも2面に配置することにより、利用者の頭部401cが後壁706aと側壁706b、および後壁706aと側壁706cの間に来ても効果が得られる。利用者の頭部401cの位置に合わせて、後壁706aと側壁706bにスピーカを配置してもよいし、後壁706aと側壁706cにスピーカを配置してもよいし、それらに限るものではない。
また、図34に示すように、後壁706aと両側壁706b、707cと3面にスピーカを配置することで、頭部401cがどちらの側面に近づいても騒音低減の効果が得られる。
このように、1つの座席に複数のスピーカ、誤差マイクが配置される場合においても、スピーカと誤差マイクの距離は147mm以下であることが望ましい。これにより、それぞれのスピーカと誤差マイクの距離を略同距離にすることで、それぞれのスピーカの音量が近くなり、スピーカの負荷が分散する。さらに、幅広い領域で騒音低減効果が近くなり、利用者の耳がベッド面に沿って移動した場合でも、特に、後壁と側壁にスピーカ、誤差マイクを配置すると、騒音低減効果の差が小さく、幅広い領域で、心地よい騒音低減効果を実感できる。
図35は、リクライニングの少なくとも2つ以上のポジションに対応した騒音低減装置の模式図である。図35は、騒音マイク701a〜701f、701i〜p、901g、901h、901o、901p、誤差マイク902a〜902d、702c、702d、スピーカ904a〜904d、704c、704dを示す図である。
騒音マイク901g、901h、誤差マイク902a、902b、スピーカ904a、904bは、座席708aの一部であるヘッドレスト708abに埋め込まれており、リクライニングに合わせて、利用者の頭部401cとともに移動する。
このヘッドレストに埋め込まれた騒音マイクおよび誤差マイク、スピーカと、騒音マイク701a〜701f、701i〜701nは、ポジションによらず共通に使用される。
頭部401cが置かれるヘッドレストがポジション中央より上(例えばリラックスポジション、アップライトポジション)の場合は、共通に使用する騒音マイク、誤差マイク、スピーカの他に、側壁の上部の騒音マイク901o、901p、誤差マイク902c、902d、スピーカ904c、904dを使用し騒音低減を行う。
また、ヘッドレストがポジション中央より下(例えばフルフラットポジション)の場合は、共通に使用する騒音マイク、誤差マイク、スピーカの他に、側壁の下部の騒音マイク701o、701p、誤差マイク702c、702d、スピーカ704c、704dを使用し騒音低減を行う。
この動作により、ヘッドレストに埋め込まれたマイクおよびスピーカは、頭部401cとともに移動するため、効率よく騒音を低減することができる。
また、側壁のマイクおよびスピーカは、頭部401cに近いものだけを利用することで、消費電力や、騒音低減効果の悪影響を抑えることができる。
本実施例では、ヘッドレストが中央より上と下で使用するマイク、スピーカを切り替える例を示したが、これに限るものではなく、ポジションに合わせて3種類以上を切り替えるようにしてもよい。また、ポジションに合わせて切り替える側壁の誤差マイク、スピーカを使用せず、共通の騒音マイク、およびヘッドレストに埋め込んだマイク、スピーカを使用してもよい。
また、例えば、フルフラットポジション等、所定のポジションで騒音低減を有効にするようにしてもよく、所定のポジションを外れると騒音低減を無効にしてもよく、これに限るものではない。
所定のポジションは、例えば、アップライトポジションとリラックスポジションとフルフラットポジション、リラックスポジションとフルフラットポジション等、複数としてもよい。
図36Aは、後壁706aに可動しないクッション等の突起物1102が付いている場合の騒音マイクの配置例を示している。
突起物1102の周辺に騒音マイクを設置することで、利用者にマイクが塞がれるのを防ぐことができる。クッション等の突起物1102の上部に騒音マイク1101aを配置した場合には、利用者が騒音マイク1101aに触れて騒音低減効果が劣化することを防ぐことができる。
また、クッション等の突起物1102の下部に騒音マイク1101bを配置した場合には、利用者に近い位置で騒音を検知することで、誤差マイクとの相関性が高い騒音を収集できるため騒音低減効果を高くできる。
なお、突起物1102としては、クッション以外にヘッドレスト、照明装置等が考えられ、これらに限るものではなく、可動式のものも含まれる。
図36Bは、後壁の外側に騒音マイク1101cを配置した例を示しており、これにより利用者が騒音マイク1101cを塞いだり、利用者が騒音マイク1101cに触れたりして、騒音低減効果を劣化することを防ぐことができる。また、利用者の音声等が騒音マイク1101cに入りにくくなることで、音声エコーの問題を防ぐことができる。
ここでは、図36Aおよび図36Bについて、後壁の場合について説明したが、側壁にも適用でき、これらに限るものではない。
図37は、後壁のスピーカ704a、704b、誤差マイク702a、702bの配置を示している。
スピーカ704aと誤差マイク702aの距離1002a、およびスピーカ704bと誤差マイク702bの距離1002cは、図28Bに示す頭頂耳珠距離1001b以下であることが望ましい。
AIST人体寸法データベース1991−92によると、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の頭頂耳珠距離1001bは、124mm〜147mmである。
加えて、誤差マイク702aと誤差マイク702bの距離は、耳珠間距離1001cと同等であることが望ましい。
これは、誤差マイク間距離と耳珠間距離を合わせることで、左右の騒音低減量が近くなり、左右での騒音低減効果の差による違和感が少なく、誤差マイク702a、702bをそれぞれ左右の耳401aおよび耳401bに近づけることができ、騒音低減効果を高めることができるためである。
AIST人体寸法データベース1991−92によると、成年男性・女性の5%〜95%の範囲の耳珠間距離1001cは、136mmから157mmである。したがって、スピーカ−誤差マイク間距離1002a(d0a)およびスピーカ−誤差マイク間距離1002c(d0c)は、147mm以下、誤差マイク間距離1002b(d3)は、136mm以上、157mm以下が望ましい。この場合のスピーカ間距離1002d(d4)は、関係式(7)が0以下となる制御上限周波数f=385Hz以下の場合は、スピーカ−誤差マイク間距離は0となり、136mm以上、451mm以下であることが望ましい。
また、関係式(7)の位相条件を含めると、スピーカ間距離(d4)は、関係式(8)を変形した関係式(9)を満たし、かつ、451mm以下であることが望ましい。
d4 > 136+2×(147−λ/6)(mm)・・・・・(8)
d4 > 430−λ/3(mm)・・・・・(9)
例えば、制御上限周波数f=500Hzの場合、203mm以上、451mm以下、f=1KHzの場合、317mm以上、451mm以下であることが望ましい。
ここで、451mmは、望ましいd0aの最大値(147mm)、d0cの最大値(147mm)、d3の最大値(157mm)の合計値である。
スピーカ位置の基準は、スピーカの中心であり、スピーカ間距離1002dは、スピーカ中心間の距離としている。
例えば、半径50mmのスピーカの場合、スピーカ端面間の距離はf=385Hz以下の場合、36mm以上、351mm以下であることが望ましいことになる。
ただし、ここでは、スピーカの中心間の距離と定義したが、スピーカの開口範囲であれば、騒音低減効果を維持することができる。
また、本実施例では後壁のスピーカについて説明したが、後壁と側壁のスピーカ間距離、側壁のスピーカ間距離についても同様であり、これらに限るものではない。
本開示の騒音低減装置は、効果的に騒音低減効果を得られるという効果を奏することから、航空機等の移動体や各種施設に設置される騒音低減装置に対して広く適用可能である。
100 航空機(移動体)
100a 客室
100a,100b 翼
102a,102b エンジン
103a〜103c 座席列
105 座席
300 騒音低減装置
301 利用者
301b 耳
310 騒音源
320 騒音検知部
330 騒音制御部
331 A/D変換部
332 適応フィルタ
333 係数更新部
334 D/A変換部
335 A/D変換部
340 制御音発生部
350 誤差検出部
401 利用者
401a,401b 耳
401c 頭部
402 座席
402a シェル部
402aa 前壁
402ab 後壁
402ac,402ad 側壁
402ae 柵部
402b 座席部
402ba 腰掛け部
402bc ヘッドレスト
402bd,402be 肘掛け部
410 騒音源
420a〜420k 騒音マイク
430 騒音制御部
431a〜431g A/D変換部
432a〜432g 適応フィルタ
433a〜433g 係数更新部
434a,434b D/A変換部
435a,435b A/D変換部
440a,440b 制御スピーカ
450a,450b 誤差マイク
460a,460b 加算部
470 エコーキャンセル部
480 シェル部
520a〜520l 騒音マイク
540a,540b 制御スピーカ
550a,550b 誤差マイク
620a〜620l 騒音マイク
640a,640b 制御スピーカ
650a,650b 誤差マイク
701a〜701p 騒音マイク
702a〜702d 誤差マイク
704a〜704d スピーカ
705a〜705f スピーカキャビネット(筐体部)
706a 後壁
706b,706c 側壁
707a〜707c 側壁
708a 座席(ベッド)
708ab ヘッドレスト
708b 座席
709 スピーカガード(ガード部材)
804a,804b スピーカ
805a〜805c スピーカキャビネット(筐体部)
901g〜901p 騒音マイク
902a〜902d 誤差マイク
904a〜904d スピーカ
1001a,1001b 耳珠距離
1002a 距離
1002b 誤差マイク間距離
1002c 距離
1102 突起物

Claims (21)

  1. 可動式の座席の周囲の少なくとも一部を包囲するシェルと共に使用される騒音低減装置であって、
    騒音を検知する複数の騒音検知部と、
    前記騒音検知部において検知された騒音を、制御空間の制御中心において低減するための制御音信号を生成する騒音制御部と、
    前記制御音信号に基づいて制御音を出力する制御音出力部と、
    を備え、
    前記騒音検知部は、前記シェルを構成する壁面の表面よりも後方に収容されている、
    騒音低減装置。
  2. 可動式の座席の周囲の少なくとも一部を包囲するシェルと共に使用される騒音低減装置であって、
    騒音を検知する複数の騒音検知部と、
    前記騒音検知部において検知された騒音を、制御空間の制御中心において低減するための制御音信号を生成する騒音制御部と、
    前記制御音信号に基づいて制御音を出力する制御音出力部と、
    を備え、
    前記騒音検知部は、前記シェルを構成する壁面の頂部に設置されている、
    騒音低減装置。
  3. 前記シェルの頂部に設置された複数の前記騒音検知部は、複数の騒音低減装置によって共用される、
    請求項2に記載の騒音低減装置。
  4. 可動式の座席の周囲の少なくとも一部を包囲するシェルと共に使用される騒音低減装置であって、
    騒音を検知する複数の騒音検知部と、
    前記騒音検知部において検知された騒音を、制御空間の制御中心において打ち消すための制御音信号を生成する騒音制御部と、
    前記騒音制御部からの制御音信号に基づいて、制御音を出力する制御音出力部と、
    前記騒音と前記制御音出力部から出力される制御音とが重畳された結果を残留音として検出する残留音検出部と、
    を備え、
    前記制御音出力部および前記残留音検出部は、前記シェルに設置され、
    前記制御音出力部と前記残留音検出部との距離が、0mm以上124mm以下である、
    騒音低減装置。
  5. 可動式の座席の周囲の少なくとも一部を包囲するシェルと共に使用される騒音低減装置であって、
    騒音を検知する複数の騒音検知部と、
    前記騒音検知部において検知された騒音を、制御空間の制御中心において打ち消すための制御音信号を生成する騒音制御部と、
    前記騒音制御部において生成された前記制御音信号に基づいて、制御音を出力する複数の制御音出力部と、
    を備え、
    前記複数の制御音出力部は、前記シェルに設置され、
    複数の前記制御音出力部の間の距離のうち少なくとも1つの距離が、136mm以上、451mm以下である、
    騒音低減装置。
  6. 複数の前記騒音検知部を1セットとし、
    前記1セットの各騒音検知部のうち互いに隣接する2つの騒音検知部が略等距離になるように配置されている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  7. 複数の前記騒音検知部は、マイクキャビネットに取り付けられており、
    前記マイクキャビネットは、前記シェルに取り付けられている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  8. 前記騒音検知部は、前記シェルを構成する壁面から突出しないように設置されている、
    請求項4に記載の騒音低減装置。
  9. 前記騒音検知部は、前記シェルを構成する壁面に対して内向きに設置されている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  10. 前記騒音検知部は、前記座席に設けられた突起物の周辺に設置されている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  11. 前記制御音出力部は、前記シェルを構成する壁面から突出しないように設置されている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  12. 前記制御音出力部は、前記シェルを構成する壁面に対して内向きに設置されている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  13. 前記制御音出力部に取り付けられるメッシュ状のガード部材は、前記シェルの表面と一体化されている、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  14. 前記制御音出力部が内包された筐体部は、互いに隣接配置された前記シェルに設けられた複数の騒音低減装置間において共用される、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  15. 前記制御音出力部が内包された筐体部は、互いに隣接配置された前記シェル間において、互いにずらした位置に設置される、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
  16. 前記騒音検知部における制御周波数fに対応する波長をλ、前記制御中心から前記制御音出力部までの距離をd0、前記制御音出力部における制御遅延時間をt、音速をvとすると、
    前記制御中心からの距離が以下の関係式によって示される距離dよりも短い位置に配置される前記騒音検知部の個数は、前記制御中心からの距離が前記距離dよりも長い位置に配置される前記騒音検知部の個数よりも少ない、
    請求項1に記載の騒音低減装置。
    d=d0+t×v−λ/2
  17. 前記複数の騒音検知部のうち、前記制御中心からの距離が前記距離dよりも長い位置に配置される前記騒音検知部は、互いに隣接する前記騒音検知部同士の距離が略等距離になるように配置されている、
    請求項16記載の騒音低減装置。
  18. 前記複数の騒音検知部の前記制御中心からの距離が略等距離になるように、前記騒音検知部が配置されている、
    請求項1から15のいずれか1項に記載の騒音低減装置。
  19. 前記複数の騒音検知部のうちの前記制御中心から最も離れた位置にある前記騒音検知部までの距離をdmax、最も近い位置にある前記騒音検知部までの距離をdmin、前記騒音検知部における制御周波数fに対応する波長をλとすると、以下の関係式を満たす、
    請求項18記載の騒音低減装置。
    dmax−dmin<λ/2
  20. 前記複数の騒音検知部は、互いに隣接する前記騒音検知部同士の距離が略等距離になるように配置されている、
    請求項18記載の騒音低減装置。
  21. 前記騒音制御部は、フィードフォワード制御を行う、
    請求項1から20のいずれか1項記載の騒音低減装置。
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