JP6171751B2 - 騒音軽減装置 - Google Patents

Description

本発明は、騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波を出力することによって騒音を軽減する騒音軽減装置に関する。

上記の騒音軽減装置として、壁で区切られた小部屋を作り、この小部屋の中に騒音の逆位相の音波を流すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３２７５４８６号公報

しかしながら、上記騒音軽減装置では、小部屋を作る必要があるため、設備が煩雑となり設置できる場所が限られる。また、設備を簡素化するために単に小部屋の壁面を取り払うと生成した音波が拡散するため、騒音軽減の効果が得られにくくなる。

そこでこのような問題点を鑑み、騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波を出力することによって騒音を軽減する騒音軽減装置において、簡素な構成で騒音を軽減した音場領域を実現できるようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するために成された本発明の騒音軽減装置においては、集音部が騒音の軽減を行う音場領域の外部において騒音の集音を行い、逆位相波生成部が、集音した騒音の波形の逆位相となる音波を超音波にて生成する。そして、音波出力部が、音波を出力して音場領域を生成する。

このような騒音軽減装置によれば、超音波で騒音の逆位相波を生成するので、超音波が有する直進性を利用して音場領域を生成することができる。この構成では、壁面を設ける必要がないため、簡素な構成で騒音を低減した音場領域を実現することができる。

なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、発明の目的を達成できる範囲内において一部構成を除外してもよい。

本発明が適用された騒音軽減装置１の概略構成を示すブロック図である。 超音波生成部１０が処理する波形の一例を示す説明図である。 実施形態において超音波スピーカの配置および特性を示す説明図である。 実施形態において騒音軽減装置１の構成要素の配置例を示す模式図である。 変形例において騒音軽減装置１の構成要素の配置例を示す模式図である。 変形例において超音波スピーカの配置および特性を示す説明図である。 本発明の適用例を示す説明図である。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［本実施形態の構成］
本発明が適用された騒音軽減装置１は、騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波（騒音による音圧をキャンセルするための波形を有する音波）を出力することによって騒音を軽減するための装置である。騒音軽減装置１は、図１に示すように、超音波生成部１０と、マイク２０と、超音波アンプ２５，２６と、超音波スピーカ３０，３１とを備えている。

マイク２０は、空気振動を電気信号に変換する周知のマイクとして構成されている。超音波生成部１０は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２を備えた周知のコンピュータとして構成されている。

超音波生成部１０は、メモリ１２に格納されたプログラムに基づいて、波形解析部１３や超音波振幅変調部１４としての機能を実現する。ここで、波形解析部１３としての機能では、例えば図２（ａ）に示すような波形を有する雑音の波形（音圧の強弱）をマイク２０によって生成された電気信号に従って解析する。

そして、超音波振幅変調部１４としての機能では、図２（ｂ）に示すような、所定の周波数（例えば４０ｋＨｚ）を有する振幅一定の超音波の波形を、振幅変調することによって、図２（ｃ）に示すように、雑音の波形の逆位相となるように振幅が変更された波形を生成する。なお、この波形を生成するためには、振幅一定の超音波の波形を振幅変調した後、出力レベルが負となる部分を正の値に反転させる。すなわち、振幅変調後の波形の絶対値を取る。

超音波アンプ２５，２６は、超音波生成部１０にて生成された超音波の波形を増幅することで、雑音の音圧レベルと概ね等しくなるようにして、超音波スピーカ３０，３１からそれぞれ出力する。本実施形態においては、２つの超音波アンプ２５，２６と、各アンプ２５，２６に対応する超音波スピーカ３０，３１を設けているため、異なる２種類の波形を有する超音波を出力することができる。なお、１種類の超音波だけを出力できればよい場合には、１つの超音波アンプだけを備えていればよい。

超音波スピーカ３０，３１は、人間の可聴帯域よりも高い周波数（２０ｋＨｚ以上）の空気振動を発生させる超音波発生器であり、例えば、超音波再生に適した圧電スピーカ（セラミックスピーカ、ピエゾスピーカ等）として構成されている。超音波スピーカ３０，３１は、図３（ａ）に示すように、ある平面上に複数のスピーカが規則正しく並べられたアレイスピーカを構成している。

このようなアレイスピーカにおいて、各超音波スピーカ３０，３１から同一波形の音波を出力すると、図３（ｂ）に示すように、各超音波スピーカ３０，３１からの出力が増幅されて、より遠くまで音波を到達させることができるようになる。なお、４０ｋＨｚ程度の超音波を本構成で出力する場合、この超音波が拡散する範囲は概ね２０度の範囲内となる。

このような騒音軽減装置１のマイク２０および超音波スピーカ３０，３１は、例えば図４に示すように配置される。すなわち、マイク２０は、超音波スピーカ３０，３１からの音波が拡散する範囲（騒音の軽減が行われる範囲）である音場領域５０の外部に配置されており、抑制すべき騒音を正確に拾えるよう配慮されている。

そして、超音波スピーカ３０，３１は、ユーザの頭上（音場領域５０の上方）において音波が下向きに出力されるよう配置されている。また、超音波スピーカ３０，３１からの音波が当たる床面には、超音波を減衰させる絨毯４０が配置されている。絨毯４０は超音波を乱反射することで音場領域５０に反射波による悪影響を与えることを抑制する作用をもたらす。

［本実施形態による効果］
以上のように詳述した騒音軽減装置１においては、マイク２０が騒音の軽減を行う音場領域５０の外部において騒音の集音を行い、超音波生成部１０が波形解析部１３、超音波振幅変調部１４としての機能を用いて、集音した騒音の波形の逆位相となる音波を超音波にて生成する。そして、超音波スピーカ３０，３１が、音波を出力して音場領域５０を生成する。

このような騒音軽減装置１によれば、超音波で騒音の逆位相波を生成するので、超音波が有する直進性を利用して音場領域５０を生成することができる。この構成では、壁面を設ける必要がないため、簡素な構成で騒音を低減した音場領域５０を実現することができる。

また、上記騒音軽減装置１においては、音場領域５０において音波出力部に対向する位置に配置され、音波を減衰させる絨毯４０を備えている。
このような騒音軽減装置１によれば、絨毯４０を対向する位置に設けることで生成した超音波の反射を抑制することができるので、超音波が音場領域５０外に漏れにくくすることができる。

さらに、上記騒音軽減装置１において、音波出力部は天井に配置され、絨毯４０は、床に配置されている。
このような騒音軽減装置１によれば、音場領域５０の床において超音波が反射して干渉することを抑制することができる。

また、上記騒音軽減装置１において、超音波スピーカ３０，３１は、アレイ配置された複数のスピーカを備えている。
このような騒音軽減装置１によれば、複数のスピーカによる出力を互いに干渉させることによって超音波の出力を容易に制御することができる。

［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。

上記実施形態においては、音場領域の上方に超音波スピーカ３０，３１を配置したが、図５に示すように、例えば、鏡５５を有するドレッサの壁面に配置する場合等、床の方向に向けないように超音波スピーカ３０，３１を配置してもよい。このようにする場合には、絨毯４０に代えて、超音波スピーカ３０，３１が配置された位置よりも高い位置から吊り下げられたカーテン４１等を用いてもよい。

このような騒音軽減装置１によれば、強固な壁面等を配置する場合よりも簡素な構成で音場領域５０を囲うことができる。
また、上記実施形態においては、全ての超音波スピーカ３０，３１から雑音の逆位相の音波を出力したが、全てのスピーカが逆位相の音波を出力する必要はない。例えば、図６（ａ）に示すように、超音波アンプ２５が対応する超音波スピーカ３０からは逆位相の音波を出力し、超音波アンプ２６が対応する超音波スピーカ３１からは、逆位相の音波とは位相をずらした異位相の音波を生成するようにしてもよい。

異位相の音波が逆位相の音波と１８０度位相がずれている場合、図６（ｂ）に示すような音場領域が形成される。すなわち、音源（超音波スピーカ３０，３１の配置場所）から音波の進行方向正面に対して約４５度の範囲内が音場領域５０となることがわかる。

このように超音波スピーカ３０，３１から出力される音波を互いに干渉させることで、音場領域５０の広がり方（領域の広さ）を調節することができる。
また、上記実施形態においては、１組の超音波スピーカ３０，３１を備えた構成を説明したが、例えば、図７に示すように、複数組の超音波スピーカ３０，３１を用いて、複数の音場領域５０を形成してもよい。このようにすれば、鉄道車両や航空機、或いは乗用車等、複数の乗客のそれぞれを音場領域５０内に収めることができる。なお、このような構成の場合、衣服や座席の生地によって超音波が減衰させられることになる。

［実施形態の構成と本発明の構成との対応関係］
上記実施形態におけるマイク２０は本発明でいう集音部に相当し、上記実施形態における波形解析部１３、超音波振幅変調部１４は、本発明でいう逆位相波生成部に相当する。また、上記実施形態における超音波スピーカ３０，３１は本発明でいう音波出力部に相当し、上記実施形態における絨毯４０、カーテン４１は本発明でいう減衰部材に相当する。

１…騒音軽減装置、１０…超音波生成部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１３…波形解析部、１４…超音波振幅変調部、２０…マイク、２５，２６…超音波アンプ、３０，３１…超音波スピーカ、４０…絨毯、４１…カーテン、５０…音場領域、５５…鏡。

Claims (7)

1. 騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波を出力することによって騒音を軽減する騒音軽減装置（１）であって、
   騒音の軽減を行う音場領域の外部であり、かつ前記音場領域との間に壁面がない同一空間内において騒音の集音を行う集音部（２０）と、
   集音した騒音の波形の逆位相となる音波を超音波にて生成する逆位相波生成部（１３、１４）と、
   前記音波を出力して前記音場領域を生成する音波出力部（３０，３１）と、
   を備えたことを特徴とする騒音軽減装置。
2. 請求項１に記載の騒音軽減装置において、
   前記音場領域において前記音波出力部に対向する位置に配置され、前記音波を減衰させる減衰部材（４０、４１）、を備えたこと
   を特徴とする騒音軽減装置。
3. 請求項２に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は天井に配置され、
   前記減衰部材は、床に配置されていること
   を特徴とする騒音軽減装置。
4. 請求項２に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は、複数の座席毎に配置された複数のスピーカを備え、
   前記減衰部材は、前記複数の座席として構成され、
   前記音波出力部は、前記複数のスピーカにそれぞれ対応する座席に向けて超音波を出力させること
   を特徴とする騒音軽減装置。
5. 請求項２に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は壁面に配置され、
   前記減衰部材は前記音波出力部が配置された位置よりも高い位置から吊り下げられていること
   を特徴とする騒音軽減装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は、アレイ配置された複数のスピーカを備えていること
   を特徴とする騒音軽減装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は、複数のスピーカを備え、
   前記逆位相波生成部は、前記複数のスピーカの一部から出力される音波として、前記騒音の位相の逆位相の音波を生成し、前記複数のスピーカの他の一部から出力される音波として、前記逆位相の音波とは同じ周波数で位相をずらした異位相の音波を生成すること
   を特徴とする騒音軽減装置。