JP3581645B2 - 能動遮音壁及び能動遮音ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は能動遮音壁及び能動遮音ユニットに係り、特に音源が移動する場合にも遮音効果を有する能動遮音壁及び能動遮音ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
騒音源から放射される騒音を検出マイクロフォンで検出し、騒音発生源からの騒音と逆位相の音をスピーカから出力することによってエラーマイクロフォンの設置位置における騒音音圧を低減するアクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ）は周知である。
【０００３】
しかし、騒音と逆位相の音を発生するためには騒音源と検出マイクロフォンとの間の距離に関連するパラメータが必要となるため、高速道路の遮音壁にように移動する騒音源から放射される騒音を遮音する必要のある場合には適用が困難であった。
騒音源が移動する場合にも適用可能とすべく、検出マイクロフォン、スピーカおよびエラーマイクロフォンで構成されるユニットを複数並べたユニット群に対してＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッシング・ユニット）を適用し、騒音源の移動を考慮してスピーカから出力する音を決定するマルチチャンネル型能動制御型防音装置が既に提案されている（特公平７−８２３４７号公報参照）。
【０００４】
しかし、マルチチャンネル型能動制御型防音装置は構成が複雑であり、ＤＳＰにも高い処理能力が要求されるため高価なものとなることを回避できない。
従って、検出マイクロフォン、スピーカおよびエラーマイクロフォンで構成されるユニットごとに演算部を設けた、いわゆる単自由度能動制御型防音装置を騒音源が移動する場合にも適用できることが望ましい。
【０００５】
上記観点から、スピーカを格納したエンクロージャを遮音壁の上端に並べて配置し、スピーカの音波放射開口面を回折波の進行方向へ向けた回折音抑制スピーカシステムがすでに提案されている（特開平９−５４５９３公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案に係る回折音抑制スピーカシステムは、騒音源から放射された直接音が遮音壁上端で回折されて発生する回折音を抑制するために、回折音と逆位相同音圧の音波をスピーカから放射するものであるため、騒音源から放射された直接音の音圧を十分に低減することはできない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、簡易な構成でありながら移動音源が放射する直接音の音圧を十分に低減することのできる単自由度能動制御ユニットを具備する能動遮音壁及び能動遮音ユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る能動遮音壁は、音源の移動方向に平行に設置される防音壁と、音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上に配置される音源の発生する騒音を検出する騒音検出手段であって防音壁に沿って複数個配置される騒音検出手段と、音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上の騒音検出手段の設置位置より防音壁側に配置され音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上に騒音相殺音を放射する騒音相殺音発生手段であって騒音検出手段に対応して複数個設置される騒音相殺音発生手段と、騒音検出手段および騒音相殺音発生手段に対応して設置され騒音検出手段によって検出される音源の発生する騒音に基づいて騒音相殺音発生手段から騒音相殺音を発生するための信号を演算する騒音相殺音演算手段を具備する。
【０００９】
本発明にあっては、音源から放射され、防音壁の上端から防音壁の外側に漏洩する騒音が、騒音相殺音発生手段から放射される騒音相殺音によって直接相殺される。
第２の発明に係る能動防音壁は、騒音相殺音演算手段が、騒音相殺音発生手段から放射される音が騒音相殺音発生手段と防音壁の上端を結ぶ線分内で騒音源の発生する騒音を相殺する相殺音となる信号を演算する。
【００１０】
本発明にあっては、騒音相殺音発生手段と防音壁の上端を結ぶ線分内のいずれかの点で騒音と騒音相殺音の合成音圧は最小となる。
第３の発明に係る能動遮音壁は、複数の騒音検出手段のなかの１個の騒音検出手段とそれに対応する騒音相殺音発生手段の１個がエンクロージャに格納される。
【００１１】
本発明にあっては、１個の騒音検出手段と１個の騒音相殺音発生手段が１つの能動騒音制御ユニットとしてエンクロージャに格納されるので、騒音相殺音発生手段相互の干渉が低減される。
第４の発明に係る能動遮音壁は、エンクロージャの幅が消音される騒音の最高周波数の波長の略１／２である。
【００１２】
本発明にあっては、エンクロージャの幅は消音される騒音の最高周波数の波長の略１／２に設定されるので、より効率的に騒音が消音される。
第５の発明に係る能動遮音壁は、騒音相殺音発生手段が、音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線を中心に複数配置される複数のスピーカである。
本発明にあっては、複数のスピーカが１つの大口径スピーカとして機能するので騒音球面波と騒音相殺波の一致範囲が広くなり、減音ゾーンが大となる。
【００１３】
第６の発明に係る能動遮音壁は、音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上の騒音検出手段より内側に上端を有する騒音回折壁をさらに具備する。
本発明にあっては、音源から放射される雑音が騒音回折壁で回折されて騒音検出手段で検出される。
第７の発明に係る能動遮音ユニットは、音源の移動方向に平行に設置される防音壁に取り付けられる騒音検出手段であって音源の発生する騒音を検出するために音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上に前記防音壁に沿って複数個設置される騒音検出手段と、音源の移動方向に平行に設置される防音壁に取り付けられる騒音相殺音発生手段であって音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上に騒音相殺音を放射するために音源の移動中心と防音壁の上端を結ぶ直線上の騒音検出手段の設置位置より防音壁側に防音壁に沿って騒音検出手段に対応して複数個設置される騒音相殺音発生手段と、騒音検出手段及び騒音相殺音発生手段に対応して設置され騒音検出手段によって検出される音源の発生する騒音に基づいて騒音相殺音発生手段から騒音相殺音を発生するための信号を演算する騒音相殺音演算手段と、を具備する。
【００１４】
本発明によれば騒音検出手段で検出された騒音を相殺する騒音相殺音が騒音相殺音発生手段から放射される。
第８の発明に係る能動遮音ユニットは、騒音相殺音発生手段を防音壁に取り付ける取り付け手段と、をさらに具備する。
本発明によれば、騒音相殺音発生手段が防音壁に取り付けられる。
【００１５】
第９の発明に係る能動遮音ユニットは、複数の騒音検出手段の中の１個とそれに対応する騒音相殺音発生手段の中の１個を格納する複数のエンクロージャと、エンクロージャを防音壁に取り付ける取り付け手段をさらに具備する。
本発明によれば、騒音検出手段及び騒音相殺音発生手段がエンクロージャに格納されて防音壁に取り付けられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一実施形態に係る能動遮音壁の斜視図であって、例えば自動車である音源１０は道路上をＸ方向に移動するものとする。
道路側端には道路に沿って高さ８〜１０メートルの防音壁１１が垂直に設置され、防音壁１１の内側に道路側に能動遮音ユニット１２が設置される。
【００１７】
図２は第一実施形態において使用される能動遮音ユニットの断面図であって、能動遮音ユニット１２は音源１０と防音壁１１の上端道路側縁を結ぶ仮想軸Ｙ上に、音源１０から放射される騒音を検出する検出マイクロフォン１２１、および音源１０と反対方向に騒音相殺音を放射するスピーカ１２２が配置される。なお、検出マイクロフォン１２１およびスピーカ１２２はエンクロージャ１２３に収納されている。
【００１８】
なお、上記第一実施形態にあっては、スピーカをエンクロージャの前面に設置しているが、音源と遮音壁上端を結ぶ仮想軸Ｙ近傍に騒音相殺音を放射できればスピーカの取り付け方向はエンクロージャ前面に限定されない。
例えば、図３に示すようにエンクロージャ上側面にスピーカを設置してもよい。
【００１９】
即ち、エンクロージャ１２３の音源側は裏板１２３１で覆われ、音源の反対側はスピーカ１２２から出力される騒音相殺音を放射するために開口している。なお、裏板１２３１のほぼ中央には音源１０から放射される騒音を検出する検出マイクロフォン１２１が取り付けられている。また、スピーカ１２２はバッフル板１２３２に取付けられて、エンクロージャ１２３内に格納されている。
【００２０】
さらに、マイクロフォン１２１の出力は演算部１２４に導かれ、演算部１２４の出力はスピーカ１２２に供給される。
図４は能動遮音ユニットの機能線図であって、能動遮音ユニット１２の演算部１２４は、基本的には目標音圧（通常は略零）に比例する電圧を発生する目標音圧設定部１２４１、目標音圧設定部１２４１で発生される目標音圧に比例する電圧と検出マイクロフォン１２１で検出された騒音に比例した電圧との偏差を演算する偏差演算部１２４２及び偏差演算部１２４２で演算された偏差に基づいて防音壁１１とスピーカ１２２を結ぶ線分のいずれかの点における騒音の音圧及び位相に対し同音圧で逆位相の騒音相殺音を生成する制御部１２４３から構成される。騒音相殺音はスピーカ１２２から放射される。これにより騒音と騒音相殺音の合成音は防音壁１１の上端とスピーカ１２２を結ぶ線分の１点で音圧は略零となり、その点より外側に騒音が伝播することを防止できる。
【００２１】
さらに、より効果的に消音するために、破線で示す適応制御を適用してもよい。即ち、実際に消音したい領域の音圧を監視マイクロフォン１２４４で検出し、適応制御部１２４５で実際に消音したい領域の音圧と偏差演算部１２４２で演算された偏差に基づいて制御部１２４３の制御パラメータを演算する。なお、制御部１２４３の出力は目標音圧設定部１２４１に帰還され目標音圧を調整する。
【００２２】
図５は本発明に係る能動遮音壁の効果を示すグラフであって、実線は騒音の音圧を、破線は防音壁１１に吸音材を貼り付ける等のパッシブ対策後の音圧を示すが、パッシブ対策によれば５００Ｈｚ以上の高周波成分の音圧を低減できる。
しかし、１００〜５００Ｈｚの低周波成分の音圧はパッシブ対策では十分に低減されない。低周波成分の音圧は、上記の能動遮音ユニットを使用するというアクティブ対策によって約５デシベル程度低減することができる。
【００２３】
なおアクティブ対策によれば補償周波数範囲を１００〜５００Ｈｚより拡大することも可能である。
また本発明にあってはスピーカ１２２が防音壁１１上端に沿って並べて配置されているが、隣接するスピーカの影響を排除するためにスピーカの間に仕切り板１２５（図１参照）を設置してもよい。
【００２４】
仕切り板１２５の間隔Ｗは、消音したい騒音の周波数帯域の最高周波数の波長Ｌの１／２程度とすることが望ましい。例えば、最高周波数を１ＫＨｚとすれば、波長は３４０ミリメートルとなるので、仕切り板の設置間隔は１７０ミリメートルとなる。
また、本発明によれば、検出マイクロフォンとスピーカを近接して設置することが可能であるので、エンクロージャ１２３の奥行きＤ（図２参照）を小とすることができる。奥行きＤは、遮音壁近傍の日照の劣化、あるいは電波障害の発生を防止するために１０００ミリメートル（＝１メートル）以下とすることもできる。
【００２５】
さらに、奥行きをさらに小とするためにバッフル板１２３２にスピーカ１２２を逆向きに取り付けてもよい。この場合には、遮音壁の内側（道路側）及び外側（反道路側）の制約を満たすコンパクトな遮音壁とすることが可能となる。
騒音は音源１０を中心とする球面波として放射され、騒音相殺音はスピーカ１２２を中心とする球面波として放射される。従って、音源１０と防音壁１１の上端道路側縁を結ぶ仮想軸Ｙ上に１つのスピーカ１２２が配置される第一実施形態においては、仮想軸Ｙ上では騒音球面波と相殺音球面波が一致して騒音が相殺されるものの、仮想軸Ｙから偏倚した位置においては曲率の相違により騒音球面波と相殺音球面波にずれが生じ騒音相殺能力は低下する。即ち、減音ゾーンＺは仮想軸Ｙを中心とする狭い範囲に限定される（図２参照）。
【００２６】
図６は本発明の第二実施形態において使用される能動遮音ユニットの断面図であって、上記課題を解決することを目的とする。
即ち第二実施形態に係る能動遮音ユニット１２にあっては、音源１０と防音壁１１の上端道路側縁を結ぶ仮想軸Ｙを中心に複数のボックス６１ｉ（２≦ｉ）が設置される。
【００２７】
そして、各ボックス６１ｉの前面はスピーカ６２ｉが取り付けられたバッフル板６３ｉで覆われ、背面にはマイクロフォン６４ｉが取り付けられた裏板６５ｉで覆われる。
マイクロフォン６４ｉで検出された騒音は演算部６６ｉに導かれ、演算部６６ｉは入力された騒音に基づいて騒音相殺信号を発生してスピーカ６２ｉから騒音相殺音として放射する。
【００２８】
第二実施形態にあっては、複数のスピーカ６２ｉは仮想軸Ｙを中心とする口径Ｄの１つの大口径スピーカとして機能するため、放射される騒音相殺音の球面波の曲率は前述の実施形態の場合より大となり騒音球面波と一致する範囲は大きくなるので、減音ゾーンＺは前述の実施形態の場合より拡大される。
なお、図６は仮想軸Ｙを中心として上下に２つのスピーカ６２１及び６２２並びにマイクロフォン６４１及び６４２が配置された場合を図示しているが、仮想軸Ｙに垂直な平面内の仮想軸Ｙを中心とする円の円周上に複数のスピーカ及びマイクロフォンを配置してもよい。またマイクロフォンは円周上に配置せず、一ヶ所に集中配置してもよい。
【００２９】
上記は複数の演算部６６ｉは同一の周波数特性を有するものとしているが、制御部ごとに異なる周波数帯域を処理することとしてもよい。
第一及び第二実施形態にあっては、音源１０である自動車は道路のほぼ中央を走行するとしているが、音源である自動車が防音壁に近づいて走行した場合にはマイクロフォンへの音の入射角が鋭角となり、能動遮音効果が低減するおそれがある。
【００３０】
図７は本発明の第三実施形態に係る能動遮音壁の斜視図であって、防音壁１１は防音壁１１の内側、即ち道路側にマイクロフォン１２１より内側まで斜め上方に延びる騒音回折壁１１０を具備する。
そして騒音回折壁１１０の上端である騒音回折部は、自動車が道路のほぼ中央を走行するとした場合の音源と防音壁１１の上端道路側縁を結ぶ仮想軸Ｙ近傍に位置する。即ちエンクロージャ裏板に取り付けられたマイクロフォンは防音壁１１と騒音回折壁１１０の間に位置する。
【００３１】
従って、音源である自動車が防音壁１１に近づいて走行した場合に騒音回折壁１１０の上端の回折部で回折された騒音がマイクロフォン１２１に入射され、マイクロフォン１２１への入射角は自動車が道路の中央を走行する場合とほぼ同一に維持されるので、騒音を十分に収集することが可能となる。
なお、図７で回折壁は防音壁中ほどからＹ字型に分岐するものとしたが、マイクロフォンより音源側に存在する騒音回折部で回折した騒音がマイクロフォンの検出範囲に入る構造であれば構造はこれに限られない。例えば騒音回折壁を防音壁の内側に独立に設置してもよい。また図８に示すように、上端に騒音回折部を有する騒音回折壁１１０を取り付けてもよい。
【００３２】
上記第一〜第三実施形態においては、防音壁、エンクロージャに格納されたスピーカ及びマイクロフォン並びに演算部は同時に設置されるものとしているが、既設の防音壁にエンクロージャに格納されたスピーカ及びマイクロフォン並びに演算部からなる能動遮音ユニット１２を追設することにより能動遮音壁とすることも本発明の範囲に含まれる。
【００３３】
図９及び図１０は既設の防音壁への能動遮音ユニットの取り付け方法の説明図であって、図９はフックにより取り付ける場合を、図１０は溶接により取り付ける場合を示す。
即ち図９の場合は、通常防音壁１１を連結するＨ型鋼１３の鍔に能動遮音ユニット１２に取り付けられたフック１４をひっかけるとともにフック１４の下端１４１をＨ型鋼にボルト締めすることにより能動遮音ユニット１２を防音壁１１に固定する。
【００３４】
又図１０の場合はＨ型鋼１３の底面に能動遮音ユニット１２に取り付けられた鋼板１５を溶接又はボルト締めにより固定する。
また、図１１に示すように既設の防音壁１１の上端にさらに能動遮音ユニット１２を取り付けた追設防音壁１１１をボルト締め等により継ぎ足すこととしてもよい。
【００３５】
さらに図１２に示すように騒音回折壁１１０が追設防音壁１１１と一体に形成されていてもよい。
また本発明は音源が静止している場合にも適用できることは明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
第１の発明に係る能動遮音壁によれば、防音壁の上端から防音壁の外側に漏洩する音源から放射される騒音を、騒音相殺音発生手段から放射される騒音相殺音によって直接相殺することが可能となる。
第２の発明に係る能動遮音壁によれば、騒音相殺音発生手段と防音壁上端とを結ぶ線分内で騒音を相殺することが可能となるので、防音壁をコンパクトに構成できる。
【００３７】
第３の発明に係る能動遮音壁によれば、１個の騒音検出手段と１個の騒音相殺音発生手段が１つの能動騒音制御ユニットとしてエンクロージャに格納されるので、騒音相殺音発生手段相互の干渉が低減されるので、効果的に騒音を相殺することが可能となる。
第４の発明に係る能動遮音壁によれば、エンクロージャの幅は消音すべき騒音の最高周波数の波長の略１／２に設定されるので、より効率的に騒音を抑制することが可能となる。
【００３８】
第５の発明に係る能動遮音壁によれば、複数のスピーカが１つの大口径スピーカとして機能するので、減音ゾーンを大とすることが可能となる。
第６の発明に係る能動遮音壁によれば、自動車が防音壁に近づいて走行した場合であっても騒音が騒音回折壁上端で回折されて検出されるので、騒音を確実に低減することが可能となる。
【００３９】
第７〜第９の発明に係る能動遮音ユニットによれば、既設の防音壁に能動遮音ユニットを追設することにより、簡易に能動遮音壁を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る能動遮音壁の斜視図である。
【図２】第一実施形態において使用される能動騒音制御ユニットの断面図である。
【図３】第一実施形態において使用される能動騒音制御ユニットの変形例である。
【図４】能動騒音制御ユニットの機能線図である。
【図５】本発明に係る能動遮音壁の効果を示すグラフである。
【図６】第二実施形態において使用される能動騒音制御ユニットの断面図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る能動遮音壁の斜視図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る能動遮音壁の変形例である。
【図９】防音壁への能動遮音ユニットの取り付け方法の説明図である。
【図１０】防音壁への能動遮音ユニットの取り付け方法の説明図である。
【図１１】本発明の第四実施形態に係る能動遮音壁の斜視図及び断面図である。
【図１２】本発明の第五実施形態に係る能動遮音壁の斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１０…音源
１１…防音壁
１１０…騒音回折壁
１２…能動遮音ユニット
１２１…検出マイクロフォン
１２２…スピーカ
１２３…エンクロージャ
１２３１…背板
１２３２…バッフル板
１２４…演算部

Claims (13)

1. 音源の移動方向に平行に設置される防音壁と、
   前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上に配置される前記音源の発生する騒音を検出する騒音検出手段であって、前記防音壁に沿って複数個設置される騒音検出手段と、
   前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上の前記騒音検出手段の設置位置より前記防音壁側に配置され、前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上に騒音相殺音を放射する騒音相殺音発生手段であって、前記騒音検出手段に対応して複数個設置される騒音相殺音発生手段と、
   前記騒音検出手段および前記騒音相殺音発生手段に対応して設置され、前記騒音検出手段によって検出される前記音源の発生する騒音に基づいて前記騒音相殺音発生手段から騒音相殺音を発生するための信号を演算する騒音相殺音演算手段と、を具備する能動遮音壁。
2. 前記騒音相殺音演算手段が、前記騒音相殺音発生手段から放射される音が前記騒音相殺音発生手段と前記防音壁の上端を結ぶ線分内で前記騒音源の発生する騒音を相殺する相殺音となる信号を演算するものである請求項１に記載の能動遮音壁。
3. 前記複数の騒音検出手段のなかの１個の騒音検出手段とそれに対応する前記騒音相殺音発生手段の１個がエンクロージャに格納される請求項１又は２に記載の能動遮音壁。
4. 前記エンクロージャの幅が、消音すべき騒音の最高周波数の波長の略１／２である請求項３に記載の能動遮音壁。
5. 前記騒音相殺音発生手段が、前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上の少くとも前記防音壁側に騒音相殺音を放射する請求項１から４のいずれか１項に記載の能動遮音壁。
6. 前記騒音相殺音発生手段が、前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上の前記防音壁外側に背面が向けられたスピーカである請求項１から４のいずれか１項に記載の能動遮音壁。
7. 前記エンクロージャの奥行きが略５００ミリメートル以下である請求項１から６のいずれか１項に記載の能動遮音壁。
8. 前記エンクロージャの奥行きが略２５０ミリメートル以下である請求項１から６のいずれか１項に記載の能動遮音壁。
9. 前記騒音相殺音発生手段が、前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線を中心に複数配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の能動遮音壁。
10. 前記防音壁が、前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上の前記騒音検出手段より内側に上端を有する騒音回折壁をさらに具備する請求項１から９のいずれか１項に記載の能動遮音壁。
11. 音源の移動方向に平行に設置される防音壁に取り付けられる騒音検出手段であって、前記音源の発生する騒音を検出するために前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上に前記防音壁に沿って複数個設置される騒音検出手段と、
    音源の移動方向に平行に設置される防音壁に取り付けられる騒音相殺音発生手段であって、前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上に騒音相殺音を放射するために前記音源の移動中心と前記防音壁の上端を結ぶ直線上の前記騒音検出手段の設置位置より前記防音壁側に前記防音壁に沿って前記騒音検出手段に対応して複数個設置される騒音相殺音発生手段と、
    前記騒音検出手段及び前記騒音相殺音発生手段に対応して設置され、前記騒音検出手段によって検出される前記音源の発生する騒音に基づいて前記騒音相殺音発生手段から騒音相殺音を発生するための信号を演算する騒音相殺音演算手段と、を具備する能動遮音ユニット。
12. 前記騒音相殺音発生手段を前記防音壁に取り付ける取り付け手段をさらに具備する請求項１１に記載の能動遮音ユニット。
13. 前記複数の騒音検出手段の中の１個とそれに対応する前記騒音相殺音発生手段の中の１個を格納する複数のエンクロージャと、
    前記エンクロージャを前記防音壁に取り付ける取り付け手段と、をさらに具備する請求項１１に記載の能動遮音ユニット。

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