JP3231591U - アクティブ消音装置を内蔵したことを特徴とする遮音材 - Google Patents

Abstract

【課題】音が透過する個形仕切材を逆位相で振動させることで軽量で広範囲に騒音を遮音できる遮音材を提供する。【解決手段】遮音材は、音が固形仕切材・ポリエチレン・ガラス等を振動として透過する時、固形仕切材１の振動を超音波振動センサ３と呼称する圧電マイクにより集振し、電気回路５上で位相反転した振動を、振動スピーカー（圧電素子２）により固形仕切材に発振することにより制振し、固形仕切材の振動から空気中に透過する音を消音する、アクティブ消音装置を内蔵する。【選択図】図２

Description

本考案は、音が固形仕切材を透過する時、位相反転技術により固形仕切材を逆位相に振動させることによって遮音効果を向上させる、騒音環境改善遮音材に関するものである。

音のエネルギーを減らす防音の手段として、吸音、遮音、防振、制振などがある。遮音とは、伝わってくる音を透過させずに跳ね返す事で音を遮断させる事を意味する。遮音材を使用した反対側に漏れてしまう音の大きさが少ないほど遮音性が高い材料となる。材料を組み合わせて必要な量だけ遮音するよう構成されたものが遮音構造である。

床や壁面が硬く平たんな場合ほど音の振動エネルギーは入射せずに反射が強くなる。反対に多孔質な材料や凹凸のある様なものは音が入射しやすく、音が当たった際に振動する事によりエネルギーが内部に伝わり反対側に透過しやすくなる。 この時に壁の厚みが音の波長より薄ければ透過する。
吸音材を使用する事により音波が壁を通過する際に何らかの形で、振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され音を吸収する。

位相反転消音技術には構造物によるパッシブ（道路の遮音壁等）と、電気回路により位相反転した信号により消音するアクティブがある。

アクティブ消音として２つの方式があり、電気回路上の信号を逆位相の信号で消す方式と、ＡＮＣ・アクティブノイズコントロールがある。

電気回路上の信号によるアクティブ消音はエコーキャンセラーとして携帯電話からカラオケ・リモート会議システムなどで活用されている。電気信号の伝達速度が光速と同じであり、回路上で位相反転した信号は、同時に同レベルで伝達され、消音する。

ＡＮＣ・アクティブノイズコントロールは、騒音をマイクで集音し、位相反転した逆位相の音をスピーカーから出して元の音を消音・キャンセルする技術である。

ＡＮＣでは騒音を逆位相の音で消音する技術であるが、空気の振動である音は３次元で広がり、騒音源も一定ではなく、指向性もあり、減衰も発生し、逆位相の音を発生するスピーカーに近いところでは消音スピーカーから出る音が騒音となる。

音は音源の振動で空気が振動するが、その伝達速度（音速）は図１のとおり水や固形物より遅い。

人間の耳は特性を持ち、同じ大きさの音でも周波数によってよく聞こえたり、聞こえなかったりする。音の大きさと周波数の関係についてはロビンソン・ダドソンの等ラウドネス曲線というものが知られている。１０ｄＢの音は４００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ位の範囲は同じ大きさに聞こえるが、４００Ｈｚ以下の周波数になると急激に聞こえにくくなる。
同じ大きさにもかかわらず、聞こえにくくなる。

音波が空気中を１秒間に進む距離は温度条件などによって変わる。
音速（距離（ｍ）） ＝周波数（Ｈｚ） × 波長（ｍ）
周波数 ＝音速（距離） ÷ 波長
波長 ＝音速（距離） ÷ 周波数
音波は１秒間で約３４０ｍ進む。２００Ｈｚの音波の波長は ３４０（ｍ）÷２００（ｍ）＝１．７（ｍ）になる。
４００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの波長は０．８５〜０．１７（ｍ）となる。
電波と光は同じ速度で、１秒間に約３０万Ｋｍ（３億ｍ＝３００，０００，０００ｍ）進む。
周波数を１００Ｍｈｚ（１００メガヘルツ＝１００，０００，０００Ｈｚ）とすると、波長＝３００，０００，０００÷１００，０００，０００＝３ｍとなる。

振動板に集音マイクと複数のスピーカーを平面板に設置した特許第５２６６９１７号は、応答速度を改善した空気中の音をＡＮＣの手法によって消音しようとしたものである。平面板をスピーカーとすることによって、平面板の面積は２次元的に消音できるが、スピーカーから離れれば３次元的に音は広がり、騒音の指向性と３次元的に広がる空間の騒音に対しては全てを消音できない欠点がある。

防音壁の上部にＡＮＣを設置した特願平６−５９７２２は、遮音壁（パッシブ消音）の上部にスピーカーと集音マイクの配置を特徴とした技術である。スピーカーの指向性に影響され、３次元的に広がる空間の騒音に対しては全てを消音できない欠点がある。

特許第５２６６９１７号（Ｐ５２６６９１７） 特願平６−５９７２２

西村正治著「アクティブノイズコントロールの現状」 日本機械学会講演論文集Ｎｏ９９４−１ 日本音響学会道路交通騒音調査研究委員会：道路交通騒音の予測モデル"ＡＳＪ Ｍｏｄｅｌ１９９８" 日本音響学会誌第５５巻４号

解決しようとする問題点は、音が透過する固形仕切材を軽量で広範囲の騒音を遮音することによる音環境改善である。

遮音性能を得るため、位相反転による消音技術を電気回路上や空間ではなく、図２・１の個形仕切材を透過する振動に応用し、より効果的に防音する遮音材の開発である。

ＡＮＣはマイク・スピーカーの位置や風の流れ、複数の音源・高周波音・低周波音・湿度などの要素により伝達条件が変化し、位相がずれると消音が出来ない事がある。

テレワークの普及によりオフィスの環境が変化し、専用の机が無くなり隣接する従業員が変わることも想定され、作業や会話の機密保持が困難となるなどの問題がある。
在宅勤務においては音環境などの問題が在る。構造物として遮音壁や吸音材を使用する時、設置スペースやコストの問題があり、また軽量パーティションでは遮音効果が低いなどの欠点がある。

オフィスの環境においてマスキング効果を使った装置は、心地よい環境音により会話が聞きにくくする手法であり、防音・消音とはならない。

本考案は、音が振動として透過する図２−１の個形仕切材に逆位相の振動を与えることによって適度な遮音性能を向上させ、快適な音環境を構築することを特徴とする。

図３の個形仕切材で囲われた環境では、空気の伝達による外から音が個形仕切材に振動として伝わり、その個形仕切材の振動が音源となり内側に音として伝わる。反対に個形仕切材の内側の音も同じく個形・仕切材に振動として伝わり、音源となり外に音として伝わる。
個形仕切材に伝達された振動は空気よりはるかに高い伝達速度により、指向性と面における同一性を得ることにより２次元的な振動となる。

この振動を図２−１の個形仕切材に図２−３の振動センサーを設置することによって受信し、位相反転した振動を図２−２の逆位相発振器により個形仕切材に与えることにより、の逆位相の振動で制振することにより、個形仕切材を音源とする騒音を消音し、遮音性能を向上する。

本考案のアクティブ消音装置を内蔵した遮音材は、音を透過する遮音材において２次元的に制振・制音できるという利点がある。

媒質による音速の違いを表した図である。 仕切材に伝達する外部からの音を図２−３の振動センサーにより振動を受信し、図２−５の位相反転回路により作成された位相反転信号により図２−２の逆位相発振器から発信する逆位相振動により図２−１の固形仕切材の内部で振動を打ち消す実施方法を示した説明図である。 仕切材を伝達する振動（音）と、位相反転した振動（音）を示した説明図である。

１ 固形仕切材
２ 逆位相発振器
３ 振動センサー
４ エラーセンサー
５ 位相反転回路
６ 仕切材の振動

Claims (1)

1. 音が固形仕切材・ポリエチレン・ガラス等を振動として透過する時、固形仕切材の振動を集振し、電気回路上で位相反転した振動を固形仕切材に発振することにより制振し、固形仕切材の振動から空気中に透過する音を消音する、アクティブ消音装置を内蔵したことを特徴とする遮音材。

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