JP4300081B2 - 透過音低減装置 - Google Patents

Description

本発明は透過音低減装置に関し、より特定的には、壁面を透過する音を能動的に低減する透過音低減装置に関する。

交通機関等の高出力化と住宅の密集化に伴い、生活環境における騒音の低減が求められている。また、近年は家庭内へのホームシアターの普及が進んでいるが、近隣への騒音の漏洩に配慮する結果、十分な音量でコンテンツを鑑賞することが出来なかった。従来、騒音防止の手段として壁面を重量化する、あるいは壁面に吸音材を充填するといった受動的方法に加えて、騒音による壁面振動を能動的に抑制し騒音を低減する種々の透過音低減装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。以下、図面を参照しながら壁面騒音を能動的に低減する従来の透過音低減装置について説明する。

図１６は、従来の透過音低減装置を示す図である。図１６において、透過音低減装置である遮音パネル１６１は、多数のセル１６２を並べた構成である。また、図１７は、図１６に示すセル１６２の詳細な構成を示す図である。図１７において、セル１６２は、アクチュエータ１７３と、第１のセンサ１７４と、第２のセンサ１７５と、隔壁１７７および１７８とを備えている。なお、図１７に示すように、遮音パネル１６１はセル毎に制御装置１７６を備えている。第１および第２のセンサ１７４および１７５は、例えばＰＶＤＦセンサ（又はその他のセンサ）である。制御装置１７６は、第１および第２のセンサ１７４および１７５からの信号に基づいて制御信号を生成する。アクチュエータ１７３は、制御装置１７６によって生成された制御信号を入力する。

まず、騒音が遮音パネル１６１を透過するメカニズムを説明する。ここでは、隔壁１７７から隔壁１７８の方向に騒音が到来するような環境に遮音パネル１６１を置いた場合を考える。この場合、騒音によって隔壁１７７が励振される結果、隔壁１７７が音源となり隔壁１７８に向けて音を放射する。隔壁１７７から放射された音によって隔壁１７８が励振される結果、隔壁１７８が音源となり音を放射する。このようなメカニズムによって隔壁１７７から隔壁１７８の方向へ騒音が透過する。

次に、遮音パネル１６１が騒音を能動的に低減する動作を説明する。まず、第１のセンサ１７４によって隔壁１７７の振動状態を検出し、検出結果を参照信号として制御装置１７６に入力する。制御装置１７６は、第１のセンサからの参照信号に基づいて生成される制御信号をアクチュエータ２１に入力する。第２のセンサ１７５は、アクチュエータ２１による隔壁１７８への励振作用と、騒音の隔壁１７８への励振作用との干渉状態を検出し、制御装置１７６に入力する。制御装置１７６は、第２のセンサ１７５の信号レベルが０に近づくように、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ等の適応アルゴリズムに基づいて、制御信号を生成するためのフィルタ係数を更新する。ここで、第１のセンサ１７４で検出する騒音信号をＮ、第１のセンサ１７４から第２のセンサ１７５までの伝達特性をＨ、アクチュエータ２１から第２のセンサ１７５までの伝達特性をＣ、制御信号生成フィルタ特性をＧとすると、
Ｎ・Ｈ＋Ｎ・Ｇ・Ｃ＝０ …（１）
を満たすとき、第２のセンサ１７５の信号レベルが零となる。よって、制御装置１７６は、
Ｇ＝−Ｈ／Ｃ …（２）
となるフィルタ特性を実現するようにフィルタ係数を更新する。なお、制御装置１７６として、固定アナログフィルタを使用することも可能である。

以上のように制御装置１７６におけるフィルタ係数を設定することによって、第２のセンサ１７５の信号レベルを０に近づける、すなわち、隔壁１７８の振動レベルを０に近づけることができる。この結果、隔壁１７８から放射される音のレベルが低減する。遮音パネル１６１を構成するセルの全てが以上のような動作を行うことによって、遮音パネル１６１を透過する騒音を低減することができる。
特表平８−５００１９３号公報

しかしながら、図１６および図１７に示す構成では、隔壁１７８から隔壁１７７への方向に騒音が到来するような環境下では、騒音を低減することができない。なぜなら、上記構成によって隔壁１７８から隔壁１７７への方向に透過する騒音を低減しようとすれば、騒音が先に伝搬してくる隔壁１７８に設置されるアクチュエータ１７３を、騒音が後に伝搬してくる隔壁１７７に設置される第１のセンサからの信号に基づいて制御しなければならないからである。このような因果律を満たさないような制御によって騒音を低減することは不可能である。つまり、図１６および図１７に示す遮音パネルでは、１方向からの騒音のみにしか対応することができず、双方向からの騒音に対応することができなかった。従って、もし、逆の方向からの騒音に遮音パネル１６１を対応させようとすれば、遮音パネル１６１を壁面から取り外たうえで逆向きに設置し直さなければならず、このような作業は現実的に不可能である。

なお、双方向からの騒音に対応するために、隔壁１７７にもアクチュエータを取り付けるとともに、第２のセンサ１７５からの信号を参照信号として使用する構成が考えられる。しかし、この構成は、センサが２個、アクチュエータが２個それぞれ必要となり、これらを隔壁に取り付けなければならず、装置の規模が増すことになってしまう。

それ故、本発明の目的は、小規模で、かつ、双方向から到来する騒音に容易に対応することができる透過音低減装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の騒音低減装置は、以下の特徴を有する。すなわち、第１の発明は、所定の方向から到来し、自機を透過して伝搬する騒音を低減する透過音低減装置である。透過音低減装置は、第１のスピーカと、第２のスピーカと、第１の制御部とを備えている。第１のスピーカは、振動面が所定の方向を向いており、騒音を検出し、検出した騒音を電気信号に変換して出力する。第２のスピーカは、第１のスピーカより所定の方向側に、その振動面が前記第１のスピーカの振動面と対向するよう配置され、前記第１のスピーカの振動面に対して音を放射する。第１の制御部は、第１のスピーカから出力される電気信号のレベルが減衰するように、当該電気信号に基づいて前記第２のスピーカの駆動を制御する。

また、第２の発明では、前記所定の方向とは逆の方向から騒音が到来する場合、前記第２のスピーカは当該騒音を検出し、検出した音を電気信号に変換して出力してもよい。このとき、前記第１の制御部は、前記第２のスピーカから出力される電気信号が減衰するように、当該電気信号に基づいて前記第１のスピーカの駆動を制御する。また、前記第１のスピーカは、前記第１の制御部による制御に従い前記第２のスピーカの振動面に対して音を放射する。

さらに、第３の発明では、透過音低減装置は、前記第１および第２のスピーカによる騒音の検出結果を入力し、当該検出結果に基づいて、騒音が前記所定の方向から到来するか、または前記逆の方向から到来するかを判定する判定部をさらに備えていてもよい。このとき、前記第１の制御部は、前記判定部によって騒音が前記所定の方向から到来すると判定された場合、前記第１のスピーカの検出結果に基づいて前記第２のスピーカの駆動を制御し、前記判定部によって騒音が前記逆の方向から到来すると判定された場合、前記第２のスピーカの検出結果に基づいて前記第１のスピーカの駆動を制御する。

また、第４の発明では、前記判定部は、所定の時間間隔で判定を行ってもよい。

また、第５の発明では、透過音低減装置は、前記第１のスピーカの振動面に接続され、当該振動面との間に、体積が可変である密閉空間を形成する第１の筐体と、前記第２のスピーカの振動面に接続され、当該振動面との間に、体積が可変である密閉空間を形成する第２の筐体とをさらに備えてもよい。

また、第６の発明では、前記第１のスピーカは、好ましくは、前記第２のスピーカと同じ電気音響変換特性を有する。

また、第７の発明では、前記第１の制御部は、典型的には信号反転増幅器によって構成される。

また、第８の発明では、前記第１および第２のスピーカは、典型的には平板型の圧電音響体である。

また、第９の発明では、透過音低減装置は、第３のスピーカと、第４のスピーカと、第２の制御部と、接続部とを備えていてもよい。第３のスピーカは、第２のスピーカより所定の方向側に位置し、振動面が所定の方向を向いており、騒音を検出し、検出した騒音を電気信号に変換して出力する。第４のスピーカは、第３のスピーカより所定の方向側に、その振動面が前記第３のスピーカの振動面と対向して配置され、前記第３のスピーカの振動面に対して音を放射する。第２の制御部は、前記第３のスピーカから出力される電気信号が減衰するように、当該電気信号に基づいて前記第４のスピーカの駆動を制御する。接続部は、前記第２のスピーカと前記第３のスピーカとの間に密閉空間を形成する。

さらに、第１０の発明では、前記第１および第２のスピーカの第１次共振周波数は同じ値に設定され、前記第３および第４のスピーカの第１次共振周波数は同じ値に設定されてもよい。このとき、前記第１および第２のスピーカの第１次共振周波数は、前記第３および第４のスピーカの第１次共振周波数と異なる値に設定される。

また、第１１の発明は、第１の発明に係る透過音低減装置によって構成される騒音制御パネルである。騒音制御パネルは、複数の透過音低減装置と、各透過音低減装置の第１および第２のスピーカの外周を支持する支持部とを備えている。また、各透過音低減装置は、支持部によって、第１および第２のスピーカの振動面と略平行な方向に並んで接続される。

上記のように、本発明によれば、騒音を検出する機能と、騒音を低減するための制御音を放射する機能とを具備するスピーカを２つ用いる。そして、一方のスピーカを騒音を検出する用途で用いるとともに、他方のスピーカを制御音を放射する用途で用いる。ここで、各スピーカは両方の機能を備えているので、それぞれ、いずれの用途としても用いることができる。従って、所定の方向から到来する騒音を低減するために設置した場合に、それとは逆の方向から到来する騒音に対応するために、各スピーカの配置を変更する必要がない。以上より、本発明に係る透過音低減装置によれば、逆の方向から到来する騒音に容易に対応することができる。

また、第２の発明によれば、双方向からの騒音に対応することができる。さらに、第３の発明によれば、双方向からの騒音に自動的に対応することができる。また、さらに、第４の発明によれば、騒音が到来する方向が時々刻々変化する場合においても、確実に騒音を低減することができる。

また、第５の発明によれば、体積を変化させることによって、スピーカの第１次共振周波数を変化させることができる。従って、透過音低減装置によって低減することができる騒音の周波数帯域を変更することができる。

また、第６の発明によれば、制御部の設計を容易にすることができる。また、第７の発明によれば、制御部を簡易な構成によって実現することができる。

また、第９の発明によれば、騒音に対して、音を低減する作用を２回行うこととなる。従って、騒音低減効果をより向上させることができる。さらに、第１０の発明によれば、騒音に対して音を低減する作用を１回のみ行う場合に比べて、より広い周波数帯域において騒音低減効果を得ることができる。

また、第１１の発明によれば、より広い範囲に透過音低減装置を設置することができる。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る透過音低減装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る透過音低減装置を示す図である。図１において、透過音低減装置は、電気音響変換器の一例である圧電音響体１１および１２と、制御部１３とを備えている。圧電音響体１１および１２は、圧電効果を利用した平板型の電気音響変換器である。制御部１３は、圧電音響体１１および１２に接続される。図１に示す透過音低減装置は、図１７に示す従来の構成に比べてシステム規模を削減し、かつ、双方向からの騒音に容易に対応することを可能とするものである。以下、透過音低減装置の動作を説明する。

図１においては、透過音低減装置の（紙面において）左側から騒音が到来し、右方向へ透過していく環境を考える。この環境下では、圧電音響体１２を透過した騒音が圧電音響体１１を励振する結果、圧電音響体１１には圧電効果によって起電力が生じる。この起電力により生成される信号は、図１に示す透過音低減装置の右側（騒音が低減されるべき側）に透過される騒音を示す。従って、制御部１３は、圧電音響体１１から出力される信号を騒音信号として入力し、当該騒音信号に基づいて圧電音響体１２を制御する。つまり、圧電音響体１１は、騒音検出用のマイクロホンとして用いられる。

圧電音響体１１としては、例えば、特開平１１−１６４３９６号公報に示されるような圧電スピーカを用いることが可能である。実施の形態１においては、厚さが２００［μｍ］の圧電スピーカを圧電音響体１１として用い、その特性を測定した。図２は、実施の形態１において用いる圧電スピーカのマイクロホンとしての特性を示す図である。図２において、縦軸は感度を示し、横軸は周波数を示す。感度がピークとなる１５０〜２００［Ｈｚ］の周波数帯域は、圧電スピーカの第一次共振周波数に一致している。このとき、スピーカの振動面は（１，１）モードで共振する。また、圧電スピーカは、第一次共振周波数より高い周波数では、マイクロホン感度が低下するという特徴を持っている。

一方、図１において、制御部１３は、圧電音響体１１から出力される騒音信号に基づいて、圧電音響体１２の動作を制御する制御信号を生成し、圧電音響体１２へ出力する。圧電音響体１２は、制御信号によって動作し、音を放射する。圧電音響体１２によって放射される音は、圧電音響体１１の振動を抑制するための制御音としての役割を果たす。つまり、圧電音響体１２は、制御音を放射する制御スピーカとして動作する。

圧電音響体１２としては、圧電音響体１１と同様の圧電スピーカを用いることが可能である。実施の形態１においては、圧電音響体１１と同じの圧電スピーカを圧電音響体１２として用いるものとする。図３は、圧電スピーカが発生する音圧の特性（発生音圧特性）を示す図である。図３において、縦軸は音圧レベルを示し、横軸は周波数を示す。圧電スピーカの発生音圧特性は、マイクロホン特性と同様、１５０〜２００［Ｈｚ］において顕著なピークを示す。

次に、制御部１３における制御方法を説明する。制御部１３は、圧電音響体１１から出力される騒音信号のレベルが減衰するように（好ましくは、できるだけ小さくなるように）、当該騒音信号に基づいて圧電音響体１２の駆動を制御する。具体的には、制御部１３は、騒音に起因する圧電音響体１１の振動と逆位相の振動を制御音によって圧電音響体１１に与えるように、圧電音響体１２を制御する。以下、制御部１３における制御方法について詳細を説明する。

いま、騒音によって圧電音響体１１に生じる信号をＮ、制御部１３のフィルタ特性をＣ、圧電音響体１２によって放射される音の圧電音響体１１への信号伝達特性をＰ、騒音と制御音とが干渉した後の圧電音響体１１の振動、すなわち制御誤差をｅとすると、
ｅ＝Ｎ＋ｅ・Ｐ・Ｃ …（３）
という関係が成り立つ。（３）式より、騒音Ｎに対する制御誤差ｅの比は、

で表される。さらに、（４）式より、

を実現するようにフィルタ特性Ｃを設計すれば、圧電音響体１１の振動を抑制し、騒音を低減することができる。すなわち、騒音を低減するためには、オープンループ特性Ｐ・Ｃを、位相が逆相、つまり±１８０［ｄｅｇ］となるようにすればよい。これによって、圧電音響体１１からの騒音信号が減衰するように制御することができる。そして、Ｐ・Ｃが逆相となる周波数において、そのゲインが大きいほど、騒音信号の減衰量も大きくなる。以上のように、制御部１３のフィルタ特性は、（５）式を満たすように設定される。

図４は、図１に示す制御部１３を信号反転増幅器によって実現した場合における透過音低減装置を示す図である。図４に示されるように、制御部１３は、信号反転増幅器４１によって実現することが可能である。なお、図４において、圧電音響体１１および１２は、上述の圧電スピーカによって実現される。図５は、図４に示す透過音低減装置のＰ・Ｃ特性を示す図である。図５に示されるように、圧電スピーカの第１次共振周波数である１５０〜２００［Ｈｚ］の周波数帯域、および５００〜６００［Ｈｚ］の周波数帯域では、ゲインが顕著なピークを持つ。また、これらの周波数帯域では、位相が±１８０［ｄｅｇ］近くになる。従って、図４に示す透過音低減装置は、これらの周波数帯域において騒音低減性能を有することとなる。つまり、図４に示す透過音低減装置は、これらの周波数の騒音を低減することができる。

図６は、図４に示す透過音低減装置の性能を評価するための評価装置を示す図である。図６において、評価装置は、透過音低減装置６１と、騒音発生器６２と、騒音源用スピーカ６３と、剛体箱６４と、マイクロホン６５と、周波数分析器６６と、筐体６７とを備えている。透過音低減装置６１は、図４に示す透過音低減装置であり、圧電音響体１１および１２と、信号反転増幅器４１とを備えている。圧電音響体１１および１２は、剛体箱６４にはめ込まれて固定されている。図６に示す評価装置において、騒音発生器６２は、騒音の信号として例えば白色雑音の信号を発生し、騒音源用スピーカ６３へ出力する。騒音源用スピーカ６３は、騒音発生器６２から出力された騒音の信号を剛体箱６４によって囲まれた空間へ放射する。なお、騒音源用スピーカ６３の周囲は筐体６７によって囲まれている。筐体６７は、騒音源用スピーカ６３の裏面から放射される音がマイクロホン６５で検出されることを防止するためのものである。空間へ放射された騒音は、圧電音響体１１および１２を透過して剛体箱６４の外部へ伝搬する。剛体箱６４は、圧電音響体１１および１２以外から騒音が伝搬することを防止する役割を果たす。マイクロホン６５は、剛体箱６４の外部へ伝搬してくる騒音を検出する。検出された騒音は、周波数分析器６６に入力される。周波数分析器６６は、入力した騒音の周波数特性を導出する。周波数分析器６６によって導出された周波数特性を見れば、透過音低減装置６１による騒音低減効果がわかる。

図７は、図６に示す評価装置を用いて、透過音低減装置６１を駆動しない場合と駆動する場合とにおいてマイクロホン６５によって検出された騒音の周波数特性を示す図である。なお、図７に示す周波数特性は、剛体箱６４を厚さ３０［ｍｍ］のアクリル板によって構成し、マイクロホン６５を、圧電音響体１１から３０［ｃｍ］離れた位置に圧電音響体１１の前方（紙面の上方）正面に設置した場合に得られた特性である。

図７において、実線は、透過音低減装置６１を駆動しない場合の周波数特性を示し、破線は、透過音低減装置６１を駆動する場合の周波数特性を示す。図７に示されるように、圧電スピーカの第１次共振周波数である１５０〜２００［Ｈｚ］の周波数帯域において、透過音低減装置６１を駆動した場合の方が駆動しない場合に比べて騒音をより低減することができていることがわかる。特に、周波数が約１７０［Ｈｚ］の場合には、透過音低減装置６１を駆動した場合の方が駆動しない場合に比べて−１３［ｄＢ］程度、騒音を低減することができている。以上より、制御部１３を信号反転増幅器のような簡易な構成によって実現しても、騒音低減効果を十分に得ることができることがわかる。

以上のように、実施の形態１に係る透過音低減装置は、所定の周波数成分の騒音について騒音を低減することが可能である。また、低減可能な周波数成分の帯域は、圧電音響体として用いられる圧電スピーカの第１次共振周波数の付近の周波数帯域である。従って、予め低減すべき騒音の周波数スペクトルを分析しておき、分析結果に基づいて圧電スピーカを設計すれば、所望の周波数帯域の騒音を低減することができる。また、壁面の重量を大きくする等の受動的方法では、上述した１５０〜２００［Ｈｚ］程度の低周波帯域の騒音を低減することが困難であったが、実施の形態１に係る透過音低減装置によれば、かかる低周波帯域の騒音を低減することが可能である。

さらに、実施の形態１に係る透過音低減装置であれば、双方向からの騒音に対して容易に対応することが可能である。図８は、図１とは逆の方向から騒音が到来する環境下における透過音低減装置を示す図である。図８に示す構成が図１で示した構成と比較して異なる点は、圧電音響体１２を騒音検出用マイクロホンとして動作させ、圧電音響体１１を制御スピーカとして動作させる点である。図８に示す透過音低減装置における上記以外の点については図１と同様であり、動作も図１に示す透過音低減装置と同様である。

ここで、圧電音響体１１および１２は同一の構成によって実現可能であるので、図１に示す構成を図８に示す構成に変更するためには、制御部１３の構成のみを変更すればよい。従って、図１に示す透過音低減装置を逆方向から到来する騒音に対応させるためには、制御部１３の構成のみを変更すればよい。具体的には、圧電音響体１１から入力される信号に基づいて圧電音響体１２を制御する構成に変更すればよい。例えば、制御部１３および圧電音響体１１を接続する配線と制御部１３および圧電音響体１１を接続する配線とを入れ替えることによって、制御部１３の構成を変更したことと同様の効果を得ることができる。また、制御部１３と圧電音響体１１および１２との入出力関係を手動で切り替え可能な構成としてもよい。以上のように、実施の形態１に係る透過音低減装置によれば、２つの圧電音響体について、騒音検出用のマイクロホンとしての役割と、制御スピーカとしての役割とを入れ替えることによって、双方向からの騒音に対して容易に対応することができる。

また、圧電音響体１１および１２は、同じ音響特性を有するものを用いることが好ましい。具体的には、圧電音響体１１および１２について、マイクロホンとしての特性（図２参照）が同じであり、かつ、発生音圧特性（図３参照）が同じであることが好ましい。圧電音響体１１および１２が同じ音響特性を有することによって、制御部１３の設計が容易になる。また、圧電音響体１１および１２が同じ音響特性を有する場合には、制御部１３と圧電音響体１１および１２との入出力関係を入れ替えても、入れ替え前後で制御部１３のフィルタ特性を変更する必要がない。つまり、制御部１３は、騒音の到来する方向に応じた２種類のフィルタを用意しておく必要がない。

なお、実施の形態１に係る透過音低減装置は、当該装置を複数個接続することによって、広い範囲の壁面に設置することが可能である。図９は、実施の形態１に係る透過音低減装置を複数個接続した騒音低減パネルの断面図である。図９（ａ）は、騒音低減パネルの正面図であり、図９（ｂ）は、騒音低減パネルのＡ−Ｂ断面図である。なお、図９（ａ）では、図面を見やすくする目的で制御部１３を図示していない。図９（ａ）に示す騒音低減パネルは、９個の透過音低減装置９１が接続部９２によって接続されることによってパネル状の形態を有する構成である。この騒音低減パネルは、壁の内部等に設置することによって用いることができる。各透過音低減装置９１は、図１に示す透過音低減装置と同様の構成である。なお、図９においては、縦３個、横３個の透過音低減装置を並べて接続した騒音低減パネルを示したが、より多くの透過音低減装置を接続することによって、より広い面積を有するパネルを実現することも可能である。

なお、透過音低減装置を実際に壁に設置する場合には、上記のような騒音低減パネルを壁の所定の範囲に取り付けることが考えられる。騒音低減パネルを壁に取り付ける範囲は、壁の全面に取り付けてもよいし、騒音が透過しやすい範囲をに取り付けてもよい。騒音が透過しやすい範囲は、例えば寄与率を算出することによって決定することができる。寄与率とは、壁によって囲まれた空間（騒音を低減すべき空間）内に伝搬してくる騒音のうち、その部分を透過して伝搬されてくる騒音の割合を示す指標をいう。この場合、寄与率が高い部分に騒音低減パネルを配置することによって、当該空間内に伝搬してくる騒音を効率よく低減することができる。

なお、制御部１３は、上記信号反転増幅器によって構成される他、（５）式を満たす特性を有する構成であればどのような構成であってもよい。また、制御部１３は、アナログ回路でもデジタル回路でも構成することが可能である。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る透過音低減装置を説明する。実施の形態２に係る透過音低減装置は、実施の形態１に係る透過音低減装置の遮音性能をより向上するものである。実施の形態２では、騒音が伝搬する方向に沿って２個の透過音低減装置を並べて設置する。これによって、騒音に対して２回の遮音作用を施し、遮音性能の向上を図る。

図１０は、実施の形態２に係る透過音低減装置の断面図である。図１０において、透過音低減装置は、４つの圧電音響体１０１〜１０４と、接続部１０５と、２つの制御部１０６および１０７とを備えている。圧電音響体１０１および１０２と、制御部１０６とによって、第１の透過音低減装置が構成される。また、圧電音響体１０３および１０４と、制御部１０７とによって、第２の透過音低減装置が構成される。第１および第２の透過音低減装置は、実施の形態１に係る透過音低減装置と同様の動作を行う。つまり、実施の形態２に係る透過音低減装置は、実施の形態１に係る透過音低減装置を２つ接続した構成である。第１および第２の透過音低減装置は、接続部１０５によって接続される。接続部１０５と、圧電音響体１０２および圧電音響体１０３とによって空間が形成される。この空間は、外部に騒音が漏れないよう、密閉されていることが好ましい。実施の形態２においては、騒音が透過する方向に沿って第１および第２の透過音低減装置が接続される。

次に、実施の形態２に係る透過音低減装置の動作を説明する。ここでは、（紙面向かって）左から右へ騒音が到来する場合について説明する。まず、第１の透過音低減装置においては、圧電音響体１０２が騒音検出用のマイクロホンとして用いられる。圧電音響体１０１は、制御スピーカとして動作する。制御部１０６における制御方法は、実施の形態１と同様である。第１の透過音低減装置によって、紙面の左側から伝搬してくる騒音が低減される。低減された騒音は、接続部１０５の内部の空間を伝搬していき、第２の透過音低減装置を透過する。

第２の透過音低減装置においては、圧電音響体１０４が騒音検出用のマイクロホンとして用いられ、圧電音響体１０３が制御スピーカとして用いられる。従って、第２の透過音低減装置は第１の透過音低減装置と同様の動作を行うことによって、第２の透過音低減装置を透過する騒音を低減することができる。このように、実施の形態２においては、騒音に対して２回の遮音作用が施される。

なお、実施の形態１において説明したように、第１および第２の透過音低減装置は、所定の周波数帯域の騒音のみを低減することができる。ここで、第１の透過音低減装置によって低減可能な周波数帯域と、第２の透過音低減装置によって低減可能な周波数帯域とを互いに異なる帯域とすれば、１つの透過音低減装置を用いる場合に比べてより広い周波数帯域の騒音を低減することができる。すなわち、第１の透過音低減装置に用いられる圧電音響体（圧電音響体１０１および１０２）の第１次共振周波数と、第２の透過音低減装置に用いられる圧電音響体（圧電音響体１０３および１０４）の第１次共振周波数とを異なるように設計すれば、より広い周波数帯域の騒音を低減することができる。ここで、『機械工学便覧』（日本機械学会編、１９８７年）によれば、周辺が固定された長方形平板の第１次共振周波数は、

で定まる。なお、（６）式において、λは長辺の長さｂと短辺の長さａとから定まる無次元パラメータ、２ｈは板厚、Ｅはヤング率、νはポアソン比、ρは密度である。（６）式より、長方形平板の第１次共振周波数はその面積に反比例するので、圧電音響体の面積を変化させることによって第１次共振周波数を変化させることができる。従って、圧電音響体１０１および１０２の振動板面積と、圧電音響体１０３および１０４の振動板面積とを異なるように設計すれば、第１の透過音低減装置によって低減可能な周波数帯域と、第２の透過音低減装置によって低減可能な周波数帯域とを異なるように設計することができる。すなわち、１つの透過音低減装置を用いる場合に比べて広い周波数帯域の騒音を低減することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１に比べて広い周波数帯域で騒音の低減性能を有する透過音低減装置を実現することができる。なお、上記の説明では、第１の透過音低減装置の第１次共振周波数と第２の透過音低減装置の第１次共振周波数とが異なるように設計する場合について述べたが、２つの透過音低減装置の第１次共振周波数を同一にするように設計しても構わない。この場合、所定の周波数帯域における騒音が低減する割合を実施の形態１に比べて大きくすることができる。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様、複数の透過音低減装置を並べて接続することによって、透過音低減装置をより広い範囲の壁面に適用することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る透過音低減装置を説明する。なお、実施の形態１に係る透過音低減装置は、低減可能な騒音の周波数帯域が固定されており、低減すべき騒音の周波数帯域を変更することができなかった。実施の形態３に係る透過音低減装置は、低減可能な騒音の周波数帯域を変更することを可能とするものである。

図１１は、実施の形態３に係る透過音低減装置の断面図である。図１１において、透過音低減装置は、圧電音響体１１および１２と、制御部１３と、筐体１１１および１１２とを備えている。圧電音響体１１および１２、ならびに制御部１３は、実施の形態１と同様の構成要素である。実施の形態３は、実施の形態１の構成要素に加えて、筐体１１１および１１２をさらに備える構成である。筐体１１１は、筒状部材１１３と、可動壁１１４とを備えている。同様に、筐体１１２は、筒状部材１１５と、可動壁１１６とを備えている。

筒状部材１１３は両端が開口した筒状の形状であり、開口面に平行な断面の形状は圧電音響体１１および１２と同じ形状である。筒状部材１１３の開口部の一端は、圧電音響体１１に接続される。筒状部材１１３は、その内周面に、可動壁１１４を取り付けるためのスリットを複数個有する。可動壁１１４は、筒状部材１１３の内周面のスリットに差し込まれるのに適した大きさを有する平板である。可動壁１１４は、筒状部材１１３の複数のスリットのいずれかに差し込まれることによって筒状部材１１３に接続される。なお、筐体１１２は筐体１１１と同じ構成である。筐体１１２の筒状部材１１５の開口部の一端は圧電音響体１２に接続される。また、可動壁１１６は、可動壁１１４と同様の形状を有する平板である。可動壁１１６は、筒状部材１１５の複数のスリットのいずれかに差し込まれる。

以上の構成によって、実施の形態３に係る透過音低減装置は、可動壁の取り付け位置を変化させることが可能となる。図１２は、図１１に示す透過音低減装置の可動壁を移動させる様子を示す図である。なお、図１２では、説明をわかりやすくする目的で、筒状部材１１３は図示せず、圧電音響体１１および可動壁１１４のみを示す。また、図１２に示される点線は、筒状部材１１３に設けられたスリットを示す。可動壁１１４は、筒状部材１１３に設けられたスリットのいずれかに差し込まれることによって、筒状部材１１３に固定される。これによって、筐体１１１および圧電音響体１１によって囲まれる空間が形成される。この空間は、密閉空間であることが望ましい。この空間の体積は、可動壁１１４を差し込む位置を変更することによって変更することができる。

なお、筐体１１１および１１２の構成は、上記に限らず、圧電音響体に接続され、当該圧電音響体との間に体積が可変である密閉空間を形成することができる構成であればどのような構成であってもよい。

図１３は、筐体等によって囲まれる空間の体積と圧電音響体の音圧周波数特性との関係を示す図である。図１３では、筐体等によって囲まれる空間の大きさを３段階に変化させ、それぞれの場合における音圧周波数特性を示している。図１３に示す実線は、当該空間の大きさが最も小さい場合の音圧周波数特性である。図１３に示す一点鎖線は、当該空間の大きさが２番目に小さい場合の音圧周波数特性である。図１３に示す点線は、当該空間の大きさが最も大きい場合の音圧周波数特性である。図１３に示されるように、上記空間を小さくするほど第１次共振周波数が高くなり、当該空間を大きくするほど第１次共振周波数が低くなる。従って、上述のようにこの空間の体積を変化させることによって、所望の第１次共振周波数を得ることが可能である。また、圧電音響体１２についても圧電音響体１１と同様に、筐体１１２、圧電音響体１２および可動壁１１４によって囲まれる空間の体積を変化させることによって、所望の第１次共振周波数を得ることが可能である。

以上のように、実施の形態３においては、圧電音響体の第１次共振周波数を変化させることができる。また、実施の形態１において説明したように、圧電音響体の第１次共振周波数に依存して、透過音低減装置が低減可能な騒音の周波数帯域は変化する。従って、実施の形態３によれば、低減する騒音の周波数帯域をユーザが自由に変更することができる。

なお、実施の形態３においても、実施の形態１と同様、複数の透過音低減装置を並べて接続することによって、透過音低減装置をより広い範囲の壁面に適用することができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る透過音低減装置を説明する。以上に説明した実施の形態１〜３に係る透過音低減装置では、双方向からの騒音に容易に対応することが可能であるものの、逆方向からの騒音に対応しようとする場合には手動で設定を変更しなければならなかった。実施の形態４は、騒音が到来する方向を透過音低減装置が自動的に検知し、双方向からの騒音に自動的に対応することを可能とするものである。

図１４は、実施の形態４に係る透過音低減装置を示す図である。図１４において、圧電音響体１１および１２と、制御部１３と、判定部１４１とを備えている。図１４は、図１に示した構成に判別部１４１を加えた構成であり、判定部１４１以外の構成要素は、実施の形態１と同様の構成要素である。判定部１４１は、圧電音響体１１および１２に接続される。また、判定部１４１は、制御部１３に接続される。

次に、判定部１４１の動作を中心に、実施の形態４に係る透過音低減装置の動作を説明する。図１５は、図１４に示す判定部の処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態４においては、透過音低減装置の電源を入れること等によって透過音低減装置を動作させた時点では、制御部１３はすぐに駆動しない。また、この時点で、圧電音響体１１および１２は共に、騒音検出用のマイクロホンとして動作するように設定されている。圧電音響体１１および１２において検出された各騒音信号は、判定部１４１へ出力される。

一方、透過音低減装置が駆動すると、判定部１４１は、まず、圧電音響体１１および１２において検出された騒音信号を入力する（ステップＳ１）。次に、判定部１４１は、圧電音響体１１において検出された騒音信号のレベルＮ１と、圧電音響体１１において検出された騒音信号のレベルＮ２とを比較する。具体的には、||Ｎ１||＞||Ｎ２||であるか否かを判定する（ステップＳ２）。つまり、判定部１４１は、ステップＳ２において、騒音がいずれの方向から到来するか（図１４においては、騒音が紙面の右側から到来するか、または左側から到来するか）を判定する。ステップＳ２において、||Ｎ１||＞||Ｎ２||である場合、騒音は圧電音響体１１の側（紙面の右側）から到来すると判断される。逆に、||Ｎ１||＝＜||Ｎ２||である場合、騒音は圧電音響体１２の側（紙面の左側）から到来すると判断される。

ステップＳ２において、||Ｎ１||＞||Ｎ２||である場合、判定部１４１は、圧電音響体１１を制御スピーカとして、かつ、圧電音響体１２を騒音検出用のマイクロホンとして動作させるように設定する（ステップＳ３）。具体的には、圧電音響体１１を制御スピーカとして、かつ、圧電音響体１２を騒音検出用のマイクロホンとして動作させる旨の指示を示す入出力設定信号を制御部１３へ出力する。この入出力設定信号に応じて、制御部１３は、圧電音響体１２から騒音信号を入力し、入力した騒音信号に基づいて圧電音響体１１を制御する。この制御は、図８に示す透過音低減装置の場合と同様の制御である。

一方、ステップＳ２において、||Ｎ１||＝＜||Ｎ２||である場合、判定部１４１は、圧電音響体１２を制御スピーカとして、かつ、圧電音響体１１を騒音検出用のマイクロホンとして動作させるように設定する（ステップＳ４）。具体的には、圧電音響体１２を制御スピーカとして、かつ、圧電音響体１１を騒音検出用のマイクロホンとして動作させる旨の指示を示す入出力設定信号を制御部１３へ出力する。この入出力設定信号に応じて、制御部１３は、圧電音響体１１から騒音信号を入力し、入力した騒音信号に基づいて圧電音響体１２を制御する。この制御は、図１に示す透過音低減装置の場合と同様の制御である。

ここで、制御部１３は、圧電音響体１１を騒音検出用マイクロホンとして、かつ、圧電音響体１２を制御スピーカとして動作させる場合と、その逆の場合について、それぞれ（５）式を満たすようにフィルタを２つ用意しておく。そして、判定部１４１からの入出力設定信号の内容に応じて、使用するフィルタを切り替える。つまり、制御部１３は、騒音が透過する方向に応じて使用するフィルタを切り替える。以上によって、いずれの方向から騒音が到来する場合であっても、騒音を低減するように圧電音響体を制御することができる。

なお、圧電音響体１１および１２は、同じ音響特性を有するものを用いることが好ましい。同じ音響特性を有する場合、一方の圧電音響体を駆動した場合における他方への信号伝達特性Ｐが同一になる。従って、この場合、騒音が到来する方向にかかわらず、同じフィルタを用いて（５）式を満たすことができる。例えば、圧電音響体１１と圧電音響体１２とを同じ圧電スピーカで構成する場合には、制御部１３は、騒音が到来する方向に応じた２種類のフィルタを用意する必要がない。

ステップＳ３またはＳ４の後、判定部１４１は、所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。所定時間は、判定部１４１において予め定められている時間である。ステップＳ５において、所定時間が経過したと判定されない場合、ステップＳ４の処理が繰り返される。一方、ステップＳ５において、所定時間が経過したと判定された場合、ステップＳ１の処理に戻る。つまり、判定部１４１は、所定時間が経過するまで待機し、所定時間が経過すると、ステップＳ１の処理に戻ってステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。

上記ステップＳ４の処理によって、透過音低減装置は、騒音がどちらの方向から到来しているかを、所定時間おきに検出することができる。従って、時々刻々と騒音が到来する方向が変化する環境においても、騒音を確実に低減することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、双方向から到来する騒音に自動的に対応することができる。また、所定時間間隔で騒音の到来方向を検出することによって、騒音が到来する方向の変化に対応することができる。

なお、透過音低減装置は、ディスプレイとなる表示装置をさらに備えていてもよい。このとき、判定部１４１は、判定部１４１の判別結果を表示装置に表示させる。これによって、透過音低減装置を、騒音が到来する方向を判別する装置として用いることができる。

なお、実施の形態４においては、どちらの方向から到来する騒音を低減するかは、判定部１４１によって自動的に決定されたが、他の実施の形態においては、判定部１４１は、騒音の到来方向、または、到来方向が変化したことをユーザに対して通知するようにしてもよい。そして、通知に応じて、どちらの方向から到来する騒音を低減するかについてユーザが決定する。このとき、透過音低減装置は、ユーザからの入力を受け付ける入力部を備える必要がある。さらに、このとき、制御部１３は、入力部によって受け付けられたユーザの指示に従い、どちらの方向から到来する騒音を低減するように動作するかを決定する。なお、通知の具体的な方法としては、音によってユーザに通知してもよいし、上記の表示装置を透過音低減装置が備える場合には当該表示装置に表示を行ってもよい。

また、実施の形態４においても、実施の形態１と同様、複数の透過音低減装置を並べて接続することによって、透過音低減装置をより広い範囲の壁面に適用することができる。このとき、判定部１４１を複数設ける必要はなく、判定部１４１は１個のみ設ければよい。判定部１４１を１個にする場合、判定部１４１は、複数の透過音低減装置の制御部に対して同じ内容の入出力設定信号を出力する。

また、実施の形態４においては、実施の形態１に示す構成に判定部１４１をさらに加えた構成を説明したが、実施の形態２および３に示す構成に判定部１４１をさらに加えた構成としてもよい。このような構成とした場合も、判定部１４１の動作は、実施の形態４にて説明した動作と同様である。

なお、上記実施の形態１〜４においては、電気音響変換器の一例として圧電音響体を挙げて説明した。ただし、電気音響変換器は圧電音響体に限らず、振動面を有し、その振動面によって音を検出可能なものであればよい。また、電気音響変換器は、振動面の両側からの音を同じように検出し、振動面の両側に同じように音を放射できるように、振動面の両側に遮蔽物がない構成であることが好ましい。

以上のように、本発明に係る透過音低減装置は、小規模な構成を実現し、かつ、双方向から到来する騒音に容易に対応すること等を目的として利用することができる。

実施の形態１に係る透過音低減装置を示す図 実施の形態１において用いる圧電スピーカのマイクロホンとしての特性を示す図 圧電スピーカが発生する音圧の特性（発生音圧特性）を示す図 図１に示す制御部１３を信号反転増幅器によって実現した場合における透過音低減装置を示す図 図４に示す透過音低減装置のＰ・Ｃ特性を示す図 図４に示す透過音低減装置の性能を評価するための評価装置を示す図 図６に示す評価装置を用いて、透過音低減装置６１を駆動しない場合と駆動する場合とにおいてマイクロホン６５によって検出された騒音の周波数特性を示す図 図１とは逆の方向から騒音が到来する環境下における透過音低減装置を示す図 実施の形態１に係る透過音低減装置を複数個接続した騒音低減パネルの断面図 実施の形態２に係る透過音低減装置の断面図 実施の形態３に係る透過音低減装置の断面図 図１１に示す透過音低減装置の可動壁を移動させる様子を示す図 筐体等によって囲まれる空間の体積と圧電音響体の音圧周波数特性との関係を示す図 実施の形態４に係る透過音低減装置を示す図 図１４に示す判定部の処理の流れを示すフローチャート 従来の透過音低減装置を示す図 図１６に示すセル１６２の詳細な構成を示す図

符号の説明

１１，１２，１０１，１０２，１０３，１０４ 圧電音響体
１３，１０６，１０７ 制御部
１４ 信号反転増幅器
９２ 支持部
１０５ 接続部
１１１，１１２ 筐体

Claims (11)

1. 所定の方向から到来し、自機を透過して伝搬する騒音を低減する透過音低減装置であって、
   振動面が前記所定の方向を向いており、騒音を検出し、検出した騒音を電気信号に変換して出力する第１のスピーカと、
   前記第１のスピーカより前記所定の方向側に、その振動面が前記第１のスピーカの振動面と対向するよう配置され、前記第１のスピーカの振動面に対して音を放射する第２のスピーカと、
   前記第１のスピーカから出力される電気信号のレベルが減衰するように、当該電気信号に基づいて前記第２のスピーカの駆動を制御する第１の制御部とを備える、透過音低減装置。
2. 前記所定の方向とは逆の方向から騒音が到来する場合、前記第２のスピーカは当該騒音を検出し、検出した音を電気信号に変換して出力し、
   前記第１の制御部は、前記第２のスピーカから出力される電気信号が減衰するように、当該電気信号に基づいて前記第１のスピーカの駆動を制御し、
   前記第１のスピーカは、前記第１の制御部による制御に従い前記第２のスピーカの振動面に対して音を放射する、請求項１に記載の透過音低減装置。
3. 前記第１および第２のスピーカによる騒音の検出結果を入力し、当該検出結果に基づいて、騒音が前記所定の方向から到来するか、または前記逆の方向から到来するかを判定する判定部をさらに備え、
   前記第１の制御部は、前記判定部によって騒音が前記所定の方向から到来すると判定された場合、前記第１のスピーカの検出結果に基づいて前記第２のスピーカの駆動を制御し、前記判定部によって騒音が前記逆の方向から到来すると判定された場合、前記第２のスピーカの検出結果に基づいて前記第１のスピーカの駆動を制御する、請求項２に記載の透過音低減装置。
4. 前記判定部は、所定の時間間隔で判定を行う、請求項３に記載の透過音低減装置。
5. 前記第１のスピーカの振動面に接続され、当該振動面との間に、体積が可変である密閉空間を形成する第１の筐体と、
   前記第２のスピーカの振動面に接続され、当該振動面との間に、体積が可変である密閉空間を形成する第２の筐体とをさらに備える、請求項１に記載の透過音低減装置。
6. 前記第１のスピーカは、前記第２のスピーカと同じ電気音響変換特性を有する、請求項１に記載の透過音低減装置。
7. 前記第１の制御部は、信号反転増幅器によって構成される、請求項１に記載の透過音低減装置。
8. 前記第１および第２のスピーカは、平板型の圧電音響体である、請求項１に記載の透過音低減装置。
9. 前記第２のスピーカより前記所定の方向側に位置し、振動面が前記所定の方向を向いており、騒音を検出し、検出した騒音を電気信号に変換して出力する第３のスピーカと、
   前記第３のスピーカより前記所定の方向側に、その振動面が前記第３のスピーカの振動面と対向して配置され、前記第３のスピーカの振動面に対して音を放射する第４のスピーカと、
   前記第３のスピーカから出力される電気信号が減衰するように、当該電気信号に基づいて前記第４のスピーカの駆動を制御する第２の制御部と、
   前記第２のスピーカと前記第３のスピーカとの間に密閉空間を形成する接続部とをさらに備える、請求項１に記載の透過音低減装置。
10. 前記第１および第２のスピーカの第１次共振周波数は同じ値に設定され、
    前記第３および第４のスピーカの第１次共振周波数は同じ値に設定され、
    前記第１および第２のスピーカの第１次共振周波数は、前記第３および第４のスピーカの第１次共振周波数と異なる値に設定される、請求項９に記載の透過音低減装置。
11. 請求項１に記載の透過音低減装置によって構成される騒音制御パネルであって、
    複数の前記透過音低減装置と、
    各透過音低減装置の第１および第２のスピーカの外周を支持する支持部とを備え、
    前記各透過音低減装置は、前記支持部によって、前記第１および第２のスピーカの振動面と略平行な方向に並んで接続される、騒音制御パネル。

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