JP2017219743A - 騒音低減システム - Google Patents

Abstract

【課題】騒音源の位置が移動したときでもスピーカから発生される制御音の制御を容易に行うことができ、コストの増大を抑えることがきる。【解決手段】ＡＮＣを利用した騒音低減システムであって、騒音源Ｐの位置に対応した複数のインパルス応答データＷ（ｔ０)、Ｗ（ｔ１）…Ｗ（ｔｎ）を格納するインパルス応答データテーブル１３と、騒音源の位置が移動したときにインパルス応答データテーブル１３からその移動位置に対応したインパルス応答を選択する選択回路１２と、その選択回路１２で選択されたインパルス応答を用いてマイクＭで検出された伝搬音波と逆位相の制御音波を生成する制御回路１１と、を有する構成の騒音低減システムを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、騒音低減システムに関する。

この種の騒音低減システムとして、エンジンの回転等によって生じる騒音源から放射される騒音の伝搬音波をセンサマイクロフォンで検出し、その検出された伝搬音波と逆位相の音波を生成してスピーカから出力することによって、所定の受音点（制御点）位置で検出される騒音を低減する構成のものが知られている。このような能動的に騒音を低減させる騒音低減システムは、通常、ＡＮＣ（Ａｃｔｉｖｅ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と称されている。

特許文献１には、ダンプトラックのように移動する騒音源に対してＡＮＣを利用して騒音を低減する騒音低減システムが開示されている。すなわち、特許文献１に開示されている騒音低減システムは、一方向に沿って移動する騒音源の騒音を、逆位相音を用いて低減する騒音低減システムであって、騒音を検知するマイクロフォン、及びマイクロフォンで検知した騒音の音波に応じた逆位相音を発生させるスピーカを有する複数の騒音低減ユニットと、前記マイクロフォンで検知した音波に基づいてスピーカから逆位相音を発生するように制御する騒音制御部と、を備え、複数の騒音低減ユニットが一方向に沿って間隔をあけて配列され、騒音制御部では、隣り合う前記マイクロフォンで検知した音波に基づいてそれぞれのマイクロフォンと騒音源との間の距離を算出し、それらの距離の差が所定値以下の範囲にあるときに、その騒音低減ユニットのスピーカから、マイクロフォンで検知した音波に対応した逆位相音を発生させる制御が行われる構成となっている。
上記特許文献１に示されるＡＮＣを利用した騒音低減システムは、ダンプトラックのように移動方向が一方向に特定されて移動する騒音源に対して効果的に対処できる。

特開２０１４−２０６５８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されるＡＮＣを利用した騒音低減システムでは、建設現場で使用されるクローラクレーン等の揚重機のように、旋回したり、作業位置が移動することから、ＡＮＣの効果を十分に発揮することができないという問題があった。
そして、上述した揚重機の場合には、移動する度に騒音低減システムの設定を調整する必要があり、その調整作業かかる手間やコストが増えることから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、騒音源の位置が移動したときでもスピーカから発生される制御音の制御を容易に行うことができ、コストの増大を抑えることがきる騒音低減システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る騒音低減システムは、騒音源から放射された騒音の伝搬音波を検出するセンサマイクロフォンと、前記伝搬音波と逆位相の制御音波を所定のインパルス応答を用いて生成する制御を行う制御装置と、前記制御音波を出力するスピーカと、を備え、所定の受音点における騒音を低減する騒音低減システムであって、前記騒音源の位置に対応した複数のインパルス応答データを格納するインパルス応答データ格納手段と、前記騒音源の位置が移動したときに、前記インパルス応答データ格納手段から前記騒音源の移動位置に対応したインパルス応答を選択する選択手段と、前記選択手段で選択されたインパルス応答を用いて前記センサマイクロフォンで検出された伝搬音波と逆位相の制御音波を生成する制御音波生成手段と、を有することを特徴としている。

本発明では、ＡＮＣを利用した騒音低減システムであり、インパルス応答データ格納手段に騒音源の位置に対応した複数のインパルス応答データを格納し、騒音源の位置が移動したときに選択手段によってインパルス応答データ格納手段から所定のインパルス応答データを選択し、制御手段において選択されたインパルス応答を用いてセンサマイクロフォンで検出された伝搬音波と逆位相の制御音波を生成することができる。これにより、騒音源が移動した場合であっても、受音点で検出される騒音を効果的に低減することができる。
さらに、本発明の場合には、従来のような建設機械の設置位置が変化する毎に行う騒音低減システムの調整が不要となることから、建設コストの増大を抑えることができる。

また、本発明に係る騒音低減システムは、前記センサマイクロフォンは、騒音源と、該騒音源から離れた位置の受音点との間に間隔を保って少なくとも２つが設置され、前記インパルス応答データ格納手段に格納されるインパルス応答データは、２つの前記センサマイクロフォンにより収集されるようにしてもよい。

この場合には、インパルス応答の収集する際に、騒音源と受音点との間に間隔を保って複数のセンサマイクロフォンを設置し、騒音源との距離が受音点よりも近い検出点からインパルス応答を推定して収集することができる。つまり、受音点と検出点の位置関係が既知であるセンサマイクロフォンにより距離減衰（位相の遅れ時間）等を検出できるため、精度よくインパルス応答を設定することができる。
なお、騒音源と受音点、及び検出点（センサマイクロフォンの設置位置）が一直線上にある場合には、最も精度よく距離減衰（位相の遅れ時間）等を検出でき、インパルス応答の設定精度がさらに向上する。

また、本発明に係る騒音低減システムは、前記センサマイクロフォンは、所定領域内において前記騒音源の周囲に少なくとも３つが配置されていることを特徴としてもよい。

この場合には、少なくとも３つのセンサマイクロフォンを騒音源の周囲に配置することで、その騒音源の位置を平面的に認識することができるため、移動する騒音源に対する特定の受音点で検出される騒音を効果的に低減することができる。

本発明の騒音低減システムによれば、騒音源の位置が移動したときでもスピーカから発生される制御音の制御を容易に行うことができ、コストの増大を抑えることがきる。

本発明の実施の形態による騒音低減システムを模式的に示した図である。 インパルス応答データの収集方法のイメージ図である。 他の実施の形態による騒音低減システムの構成を示す図である。 他の実施の形態による騒音低減システムの構成を示す図である。

以下、本発明による騒音低減システムの実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本実施の形態による騒音低減システムは、初期騒音源Ｐ_０と受音点Ｘとの間の任意の位置に、騒音源から放射された騒音の伝搬音波を検出するセンサマイクロフォン（以下、マイクＭという）が設置されているとともに、受音点Ｘに向けて制御音波を発生するスピーカＳが設置されている。さらに騒音低減システムは、伝搬音波と逆位相の制御音波を所定のインパルス応答を用いて生成する制御を行う制御装置１０を備え、所定の受音点Ｘで検出される騒音を低減する構成となっている。

図１中に破線で示される移動後騒音源Ｐ_１は、騒音源の初期位置となる初期騒音源Ｐ_０から移動した状態を示している。
また、この騒音低減システムが例えばクローラクレーンのような建設機械に適用される場合は、スピーカＳが建設機械に設置されるので、スピーカＳの位置も騒音源の移動に伴って移動することになる。

制御装置１０は、マイクＭ及びスピーカＳ同士の間に設けられ、マイクＭで検出された騒音信号を入力できるように構成されているとともに、スピーカＳに対して制御音信号を出力できるように構成されている。

制御装置１０には、制御回路１１（制御音波生成手段）と、選択回路１２（選択手段）と、インパルス応答データテーブル１３（インパルス応答データ格納手段）と、が設けられている。

制御回路１１は、図示しないフィルタ回路及び増幅回路を含んで構成されていて、選択回路１２を介してインパルス応答データテーブル１３に接続されている。そして、このインパルス応答データテーブル１３には、予め騒音源の位置に対応した複数のインパルス応答データＷ（ｔ_０）〜Ｗ（ｔ_ｎ）が格納されている。選択回路１２は、それら複数のインパルス応答データＷ（ｔ_０）〜Ｗ（ｔ_ｎ）の中から騒音源の位置に対応した一つのインパルス応答データを選択して制御回路１１に送信するように構成されている。
なお、インパルス応答データテーブル１３に格納される複数のインパルス応答Ｗ（ｔ_０）〜Ｗ（ｔ_ｎ）のデータについては、図２を用いて後述する。

図１において、ｈｓ（ｔ_０）は初期騒音源Ｐ_０から受音点Ｘまでの音響伝達経路のインパルス応答を示し、ｈａ（ｔ_０）は初期騒音源Ｐ_０からマイクＭまでの音響伝達経路のインパルス応答を示し、ｈｃ（ｔ_０）はスピーカＳから受音点Ｘまでの音響伝達経路のインパルス応答を示している。また、インパルス応答データテーブル１３に格納されているインパルス応答Ｗ（ｔ_０）〜Ｗ（ｔ_ｎ）のデータは、上述の各音響伝達経路のインパルス応答を用いたフーリエ変換により求められる。

制御回路１１に含まれているフィルタ回路のフィルタ係数をインパルス応答Ｗ（ｔ_０）としてフィルタリング処理すると、初期騒音源Ｐ_０からマイクＭ、制御回路１１及びスピーカＳを経た受音点Ｘまでのインパルス応答は、初期騒音源Ｐ_０から受音点Ｘまでのインパルス応答ｈｓ（ｔ_０）を反転した値となる。

したがって、初期騒音源Ｐ_０からの騒音信号をインパルス応答Ｗ（ｔ_０）を用いてフィルタリング処理して制御音信号を生成し、その制御音信号を増幅してスピーカＳから制御音波として放射すれば、初期騒音源Ｐ_０からの騒音音波とは反転した逆位相の制御音波が受音点Ｘへ到達する。これにより、受音点Ｘでは、相互に逆位相の騒音音波と制御音波とが互いに打ち消し合って騒音が低減される。

騒音源の位置が初期騒音源Ｐ_０から移動後騒音源Ｐ_１に移動した場合は、初期騒音源Ｐ_０からマイクＭまでの音響伝達経路のインパルス応答ｈａ（ｔ_０）はｈａ（ｔ_１）となる。また、初期騒音源Ｐ_０から受音点Ｘまでの音響伝達経路のインパルス応答ｈｓ（ｔ_０）はｈｓ（ｔ_１）となる。これら音響伝達経路のインパルス応答の変化により求められるインパルス応答データＷ（ｔ_０）はＷ（ｔ_１）となる。

なお、この騒音低減システムがクローラクレーンのような建設機械に適用される場合は、スピーカＳが建設機械に設置されるので、スピーカＳの位置も騒音源の移動に伴って移動する。そのため、初期騒音源Ｐ_０の位置が移動後騒音源Ｐ_１に移動した場合には、スピーカＳから受音点Ｘまでの音響伝達経路のインパルス応答ｈｃ（ｔ_０）がｈｃ（ｔ_１）（図１では不図示）となる。

制御回路１１に含まれているフィルタ回路のフィルタ係数をインパルス応答Ｗ（ｔ_１）としてフィルタリング処理すると、移動後騒音源Ｐ_１からマイクＭ、制御回路１１及びスピーカＳを経た受音点Ｘまでのインパルス応答は、移動後騒音源Ｐ_１から受音点Ｘまでのインパルス応答ｈｓ（ｔ_１）を反転した値となる。

したがって、移動後騒音源Ｐ_１からの騒音信号をインパルス応答Ｗ（ｔ_１）を用いてフィルタリング処理して制御音信号を生成し、その制御音信号を増幅してスピーカＳから制御音波として放射すれば、移動後騒音源Ｐ_１からの騒音音波とは反転した逆位相の制御音波が受音点Ｘへ到達する。これにより、受音点Ｘでは、相互に逆位相の騒音音波と制御音波とが互いに打ち消し合って騒音が低減される。

上述のように、騒音源の位置が移動したときのために、制御回路１１のフィルタ回路で用いるインパルス応答を移動に対応させて多数用意しておき、その移動位置によりインパルス応答を選択できるようにすることで、受音点Ｘで検出される騒音を効果的に低減することができる。そこで、本実施の形態に係る騒音低減システムのインパルス応答データテーブル１３には、図２に示される配置形態で収集された多数のインパルス応答Ｗ（ｔ_０）、Ｗ（ｔ_１）…Ｗ（ｔ_ｎ）が格納されている。

図２（ａ）は、第１位置にある第１騒音源Ｐ_２と受音点Ｘとの間の距離Ａの場合である。図２（ｂ） は、第２位置にある第２騒音源Ｐ_３と受音点Ｘとの間の距離Ｂの場合であって、距離Ａよりも大きな距離となっている。この場合、音源が移動する範囲内における複数の騒音源Ｐ_２、Ｐ_３、…に基づくデータが収集されるが、ここでは二つの例のみが示されている。すなわち、図２では省略されているが、距離Ａ、距離Ｂ、…でデータが収集される。そして、図１に示すインパルス応答データテーブル１３に格納されるインパルス応答Ｗ（ｔ_０）、Ｗ（ｔ_１）…Ｗ（ｔ_ｎ）は、その数が多いほど騒音低減の精度が高まる性質を有しているので、可能な限り多くのデータが収集される。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各距離Ａ、Ｂにおけるインパルス応答の収集においては、騒音源Ｐ_２、Ｐ_３と受音点Ｘとを結ぶ一直線上に距離を保って複数（図示の例では２個）のマイクＭ_１、Ｍ_２を設置し、騒音源Ｐ_２、Ｐ_３と受音点Ｘとの間の中間の検出点（２点）からインパルス応答を推定して収集するようにしている。すなわち、受音点Ｘと検出点の位置関係が既知であるマイクＭ_１，Ｍ_２により距離減衰（位相の遅れ時間）等を検出できるため、精度よくインパルス応答を設定することができる。

次に、この実施の形態に係る騒音低減システムを建設機械のクローラクレーンに適用した場合の騒音低減制御の動作について、図１を参照しながら説明する。
ここで、図１中の初期騒音源Ｐ_０は、クローラクレーンの排気管を騒音源としている。

先ず、クローラクレーンの稼働の前には、建設現場の周囲は周知の防音壁が設けられる。このため、受音点Ｘに相当する民家や事務所等の居住地点（以下、単に民家という）では、例えば５００Ｈｚを越える高音域の騒音が低減される状態に保たれている。そして、本実施の形態では、防音壁では低減できない５００Ｈｚ以下の低音域の騒音に効果を発揮することとなる。

建設現場において、クローラクレーンの稼働に当たっては、クローラクレーンが初期の位置にあるから、インパルス応答データテーブル１３に格納されているインパルス応答Ｗ（ｔ_０）が選択回路１２を介して選択される。そして、制御回路１１では、マイクＭで検出された騒音信号をインパルス応答Ｗ（ｔ_０）を用いてフィルタリング処理して制御音信号を生成し、その制御音信号を増幅してスピーカＳから制御音波として放射される。このスピーカＳから放射される制御音波は、初期騒音源Ｐ_０からの騒音音波とは反転した逆位相の制御音波が民家（受音点Ｘ）へ到達する。これにより、民家では、相互に逆位相の騒音音波と制御音波とが互いに打ち消し合って低音域の騒音も低減される。

上述のインパルス応答Ｗ（ｔ_０）を用いて初期の騒音低減効果を確認する際に、インパルス応答データテーブル１３に、クローラクレーンが移動したときのインパルス応答Ｗ（ｔ_１）…Ｗ（ｔ_ｎ）が予め格納されているので、他のいくつかのインパルス応答についても騒音低減の効果を確認しておくこともできる。

次に、クローラクレーンが初期の位置から移動したとき、すなわち、図１の初期騒音源Ｐ_０から移動後騒音源Ｐ_１に移動した場合は、インパルス応答データテーブル１３に格納されているインパルス応答Ｗ（ｔ_１）が選択回路１２を介して選択される。そして、制御回路１１では、マイクＭで検出された騒音信号をインパルス応答Ｗ（ｔ_１）を用いてフィルタリング処理して制御音信号を生成し、その制御音信号を増幅してスピーカＳから制御音波として放射される。このスピーカＳから放射される制御音波は、移動後騒音源Ｐ_１からの騒音音波とは反転した逆位相の制御音波が民家（受音点Ｘ）へ到達する。これにより、民家では、相互に逆位相の騒音音波と制御音波とが互いに打ち消し合って低音域の騒音も低減される。

上述のインパルス応答データテーブル１３からのインパルス応答データの選択は、オペレータがクローラクレーンの移動の際に選択回路１２に設けられている図示しない選択スイッチを操作して容易に行うことができる。また、クローラクレーンの移動位置を自動的に検知し、その位置検知信号に基づいて自動的にインパルス応答データの選択を行うようにすることもできる。

図１に示すように、本実施の形態による騒音低減システムでは、ＡＮＣを利用したものであり、インパルス応答データテーブル１３に騒音源の位置に対応した複数のインパルス応答Ｗ（ｔ_０）、Ｗ（ｔ_１）…Ｗ（ｔ_ｎ）のデータを格納し、騒音源の位置が移動したときに選択回路１２によってインパルス応答データテーブル１３から所定のインパルス応答データを選択し、制御回路１１では選択されたインパルス応答を用いてマイクＭで検出された伝搬音波と逆位相の制御音波を生成することができる。
これにより、騒音源が初期騒音源Ｐ_０から移動後騒音源Ｐ_１に移動した場合であっても、民家などの受音点Ｘで検出される騒音を効果的に低減することができる。
さらに、本実施の形態の場合には、従来のような建設機械の設置位置が変化する毎に行う騒音低減システムの調整が不要となることから、建設コストの増大を抑えることができる。

以上、本発明による騒音低減システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した図２に示す本実施の形態では、インパルス応答データテーブル１３に格納されるインパルス応答Ｗのデータを、騒音源Ｐと、騒音源Ｐから離れた位置の受音点Ｘとの間に間隔を保って２つのマイクＭ_１、Ｍ_２を設置することにより収集される構成を含むシステムであるが、このようなインパルス応答データを収集する構成を省略することも可能であるし、他のインパルス応答データの収集構成を採用するようにしてもよい。

また、マイクＭやスピーカＳの位置、数量は、本実施の形態に限定されず、適宜設定することができ、これに応じた制御を行うことができる。
例えば、図３に示す他の実施の形態のように、２つが等間隔に配置されるマイクＭ_１（Ｍ_１−１、Ｍ_１−２、Ｍ_１−３、・・・Ｍ_１−ｎ）、Ｍ_２（Ｍ_２−１、Ｍ_２−２、Ｍ_２−３、・・・Ｍ_２−ｎ）の組を複数組、配列させることによる多数の検出点を設ければ、より多くのインパルス応答データを収集することができ、より高精度な逆位相の制御音波を生成することができる。なお、図３において、騒音源Ｐが移動する場合には、例えば１組のマイクＭ_１−３、Ｍ_２−３）のみを設けるようにしてもよい。

また、図４に示す実施の形態の騒音低減システムは、３つのマイクＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３を所定領域２内において建設機械等の移動する騒音源Ｐの周囲に配置した構成である。そして、受音点Ｘは所定領域２外に配置され、所定領域２内に設けられた複数（ここでは５つ）のスピーカＳが受音点Ｘ側に向けて制御音波が放射されるように配置されている。
この実施の形態の場合には、３つのマイクＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３を上面視で騒音源Ｐの移動範囲を囲うように配置することで、その騒音源Ｐの位置を平面的に認識することができる。そのため、所定領域２における前記移動範囲内で移動する騒音源Ｐに対する特定の受音点Ｘで検出される騒音を効果的に低減することができる。

さらに、本実施の形態では騒音源を１箇所とした一例を示しているが、複数の騒音源がある場合にも本発明の騒音低減システムを適用することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１０ 制御装置
１１ 制御回路（制御音波生成手段）
１２ 選択回路（選択手段）
１３ インパルス応答データテーブル（インパルス応答データ格納手段）
Ｍ、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３ マイク（センサマイクロフォン）
Ｓ スピーカ
Ｐ、Ｐ_２、Ｐ_３ 騒音源
Ｐ_０ 初期騒音源
Ｐ_１ 移動後騒音源
Ｘ 受音点
Ｗ インパルス応答

Claims (3)

1. 騒音源から放射された騒音の伝搬音波を検出するセンサマイクロフォンと、前記伝搬音波と逆位相の制御音波を所定のインパルス応答を用いて生成する制御を行う制御装置と、前記制御音波を出力するスピーカと、を備え、所定の受音点で検出される騒音を低減する騒音低減システムであって、
   前記騒音源の位置に対応した複数のインパルス応答データを格納するインパルス応答データ格納手段と、
   前記騒音源の位置が移動したときに、前記インパルス応答データ格納手段から前記騒音源の移動位置に対応したインパルス応答を選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択されたインパルス応答を用いて前記センサマイクロフォンで検出された伝搬音波と逆位相の制御音波を生成する制御音波生成手段と、
   を有することを特徴とする騒音低減システム。
2. 前記センサマイクロフォンは、騒音源と、該騒音源から離れた位置の受音点との間に間隔を保って少なくとも２つが設置され、
   前記インパルス応答データ格納手段に格納されるインパルス応答データは、２つの前記センサマイクロフォンにより収集されることを特徴とする請求項１に記載の騒音低減システム。
3. 前記センサマイクロフォンは、所定領域内において前記騒音源の周囲に少なくとも３つが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の騒音低減システム。

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