JPH06214575A - 吸音装置 - Google Patents

吸音装置

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JPH06214575A
JPH06214575A JP5004340A JP434093A JPH06214575A JP H06214575 A JPH06214575 A JP H06214575A JP 5004340 A JP5004340 A JP 5004340A JP 434093 A JP434093 A JP 434093A JP H06214575 A JPH06214575 A JP H06214575A
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JP
Japan
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sound
output
microphone
sound source
variable delay
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JP5004340A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Koshimoto
泰弘 越本
Norihiro Funakoshi
宣博 船越
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 音源によりある場所(第1音場) で大音量を
発生させた場合にも、その場所の外側の第2音場では急
激に音量が下って騒音とならないようにする。 【構成】 この吸音装置10は第1音場と第2音場との
境界に設置され、第2音場に音波を放射して前記音源か
らの音をキャンセルさせるものである。音源に面して立
てられた筐体8の前面8a(音源側) にマイクロホン1
が配設され、その出力を増幅器2、可変遅延回路3、可
変利得器4、反転増幅器5を順次通して、背面8bに配
設されたスピーカー6を駆動させる。制御回路7は各増
幅器2の出力信号に基づいて、スピーカー6の出力によ
り、第2音場における前記音源からの音をキャンセルす
るように、可変遅延回路3及び可変利得器4を制御す
る。なお、マイクロホン1に超指向性マイクロホンを用
いるのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は不特定の任意の場所で所
定の空間以外での騒音を低減せしめるための一種のアク
ティブスピーカーシステムに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
街頭における演説、家庭におけるカラオケなど、不特定
の場所で大きな音量を出す場合には、その内容を必要と
しない第3者には騒音となることから遮音することが要
求されていた。すでに特定の場所、たとえばピアノの練
習室、カラオケボックスなど場所が特定される用途には
防音壁構造などが用いられ、また、自動車の車内騒音や
空調のダクトなどの低騒音化のために目的とする場所で
騒音となる音波をキャンセルするような音波を発生させ
るアクティブスピーカーシステムが開発されていた。
【0003】しかし、防音壁は固定的なものであり、た
とえばハイキングでカラオケを用いる場合など、不特定
の場所に移動するのは困難であった。また、防音壁があ
ることによって音響的にも壁面による反射のため狭い空
間となり、カラオケなどで必要とされる解放感を作り出
すには限度があった。一方、アクティブスピーカーシス
テムは理想的な静寂環境を作り出すことはできるが、そ
れはあくまで特定の小さな空間に対してのみであって、
自らの音源が前記特定空間の外部に対して騒音となるこ
とを防止するものではなかった。
【0004】この発明の目的は、ある場所で大音量を発
生した場合にも、その場所から遠ざかると急激に音量が
下がって、騒音とならないようにするための吸音装置を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1) 請求項1の発明は、音源により作られる第1音場
と、その第1音場の外側の前記音源による音を減衰させ
たい第2音場との境界に設置され、その第2音場に音波
を放射して前記音源からの音をキャンセルさせる吸音装
置であって、次の構成要件より成るものである。即ち、
前記音源に面して立てられた筐体の前面(音源側) に配
設された複数のマイクロホンと、それら各マイクロホン
の出力を遅延させる複数の可変遅延回路と、それらの各
可変遅延回路の出力に与える利得を可変する複数の可変
利得手段と、前記各可変遅延回路の出力を増幅する複数
の反転増幅器と、それらの各反転増幅器の出力により駆
動され、前記筐体の背面に取付けられる複数のスピーカ
ーと、前記各マイクロホンの出力に基づいて、前記各ス
ピーカーの出力により、前記第2音場における前記音源
からの音をキャンセルするように、前記各可変遅延回路
及び前記可変利得手段を制御する制御回路とを具備す
る。 (2) 請求項2の発明では、前記(1) 項に記載の吸音
装置において、前記マイクロホンが超指向性マイクロホ
ンで構成される。 (3) 請求項3の発明では、前記(1) 又は(2) 項に
記載の吸音装置において、以下の構成要件が追加され
る。即ち、前記各マイクロホンの出力の一部が分岐して
入力される複数の第2可変遅延回路と、それらの各第2
可変遅延回路の出力に与える利得を可変する複数の第2
可変利得手段と、前記各第2可変遅延回路の出力を増幅
する複数の第2反転増幅器と、それらの各第2反転増幅
器の出力により駆動され、前記筐体の前面に取付けられ
る複数の第2スピーカーとが設けられる。そしてそれら
の第2スピーカーの出力により、前記第1音場における
前記筐体の前面から反射される前記音源の音をキャンセ
ルするように、前記制御回路が前記各第2可変遅延回路
及び前記第2可変利得手段を制御するものである。
【0006】
【実施例】図1Aに本発明の吸音装置10の基本構造を
示し、図1Bにその回路構成を示す。1(11 〜14
り成る) はマイクロホン、2は増幅器、3は可変遅延回
路、4は可変利得器、5は反転増幅器、6(61 〜64
より成る) はスピーカー、7は制御回路、8は筐体であ
る。制御回路7は図2に示すように複数の信号の相互相
関の計算などを行う簡単なDSP(Digital S
ignal Processor) であり、A/D変換
器11、メモリ12、マイクロプロセッサユニット(M
PU) 13より成る。図3は本発明の吸音装置10の使
用状態を説明するための平面図である。
【0007】アクティブスピーカーによる消音の原理は
目的とする地点に到達する時点で音源20からの音波2
1と逆位相となる音波22を放射することで騒音源20
からの音波21を打ち消すことにある。逆に音源20を
取り囲む特定領域から外側での音響レベルを低減するに
は特定の領域の境界を通過する音波21に対し逆相の音
波22を領域外に向かって放射すれば良い。これを実現
するために本発明ではついたて状の筐体8の音源20と
対向する垂直な前面8aに複数のマイクロホン1i (i
=1〜4) を配置し、マイクロホン1i で検出した音源
20の音と同レベルで逆相の音を背面8bに設置した複
数のスピーカー4i (i=1〜4) より出している。マ
イクロホン1i とスピーカー6i との配置は機械的に決
定されるから、マイクロホン1i による検出信号とスピ
ーカー6i の駆動信号との間にもたせるべき伝播時間差
は基本的にはその直線距離を音速で割ったもので求めら
れる。しかし、マイクロホンが常に音源と相対している
わけではなく、一般にはマイクロホンを取付けた前面8
aに対し斜め方向に音源20が位置することもある。
【0008】一般に音源20からでた音は球面波となっ
て音速で伝播するが、音源よりある程度離れた位置に設
置されたマイクロフォン1で観測すると擬似的に平面波
と考えることが出来る。従って複数の観測地点で音波を
観測すると、図4に示すようにマイクロホン1
1 (13 ) 、12 (14 ) で集録される音波は音量は変
わらず、伝播時間差(群遅延時間差) Tを持つ波形とし
て観測される。複数の音波の相互相関をとればこの群遅
延時間差Tがわかり、これを基にそれぞれのスピーカー
i を駆動する信号の振幅と可変遅延回路3で設定する
遅延時間を決定すれば良い。群遅延時間の決定には若干
の演算時間を要するが、音源が高速に移動するわけでは
ないから問題にはならない。なお、図2BにはMPU1
3の動作フローチャートを示してある。
【0009】本発明ではマイクロホン1i (i=1〜
n) に内蔵されているほぼ音源方向に配置されたマイク
ロホンユニット1i Aで平面波成分の音量を検出し、次
にマイクロホン1i に内蔵され音源方向と直交して配置
されたマイクロホンユニット1 i B(i=1〜n) の群
遅延時間差(伝播時間差) からその音源方向を検出す
る。しかる後に音源方向に対して直交する波面を形成す
るよう複数のスピーカー6 i (i=1〜n) を駆動す
る。複数のマイクロホン1i から得られた電気信号に対
し可変遅延回路3i により与える群遅延時間を調節し
て、スピーカー6i の位置で正確に逆位相となるように
案分し、つまり、マイクロホン1i の位置とスピーカー
i の位置のずれを補正し、反転増幅器5i で増幅す
る。
【0010】このような局部増幅用スピーカー6i の一
般的な欠点としては局部増幅用スピーカー6i から遠方
の大音量音源(スピーカー位置ではほぼ平面波に近似で
きる) の音波をキャンセルしたいのにもかかわらず、近
傍の小音量の音波(球面波であり距離による音量変化が
激しい) を増幅し放射する危険があることだが、本発明
では複数のマイクロホン1i を用い、厳密に平面波成分
のみを抽出しているので問題はない。
【0011】本発明に用いるマイクロホン1i を一般に
望遠マイクとも呼ばれる超指向性マイクロホンとすれ
ば、この種のマイクロホンはもともと複数のマイクロホ
ンユニットを用いて上記説明した近傍の音源からの音波
を抑圧し、平面波成分を増幅する機能を持たせたもので
あるから、制御回路7で処理すべき量が少なくて済む。
複数のスピーカー6i で音波を放出するから筐体8の前
面8aは概略音源方向に向いていれば良く、街頭演説な
ど騒音を下げなくてはならないが配置などに制限のある
場合にも筐体8の配置に注意を払わなくて済み、非常に
使いやすい。
【0012】本発明による筐体8を配置すれば、若干で
はあるが当然筐体8による反射があり、また、実際の使
用上では壁面などの反射もある。スピーカーから放射さ
れる音波を音源11の方向に向けた場合には、音源11
から来る音波が筐体の前面8aで反射され、その反射波
が該スピーカー位置でキャンセルされ、筐体による反射
が無くなり、歌っている人はあたかも一切の壁がなく、
音が無限の彼方に流れ去るごとく感じることが出来る。
このため、図5、図6に示すように筐体の背面8bに第
1のスピーカー6i を前面8aに第2のスピーカー
i ′を配置し、上記のごとく駆動すれば音源からは反
射の無いクリアな音場が得られるとともに筐体8より遠
方では音量が少なく騒音レベルを下げる効果が得られる
ことになる。ただし、この場合、マイクロホン1i の指
向性方向に第2のスピーカー6i ′の音響放射方向が一
致するから、マイクロホン1i の後ろ側から音波が来る
ことになる。このため、マイクロホン1i には後方音源
に対する感度が極端に低いことが要求される。音源方向
に配置した複数のマイクロホン1i から後方の音源への
感度を下げるよう回路的にキャンセルすることはもちろ
ん可能であるが、超指向性マイクロホンを用いれば問題
はない。
【0013】超指向性マイクロホンとは通常望遠マイ
ク、もしくはズームマイクロホンと呼ばれているもの
で、マイクロホンは通常振動板の振動方向に最も感度が
高く、横方向には感度が下がることから、主マイクロホ
ンの集音方向(振動板の振動方向) の横方向に、その集
音方向感度が主マイクロホンの横方向感度と同等の副マ
イクロホンを配置し、主マイクロホンの出力から副マイ
クロホンの出力を差し引くと、横方向からの音波に対し
ては出力がなくなるのに対し、主マイクロホンの集音方
向の感度は、もともと大きな感度の主マイクロホンの出
力から感度の低い副マイクロホンの横方向出力を差し引
くから、十分大きな出力が得られ、結果として主マイク
ロホンの集音方向にのみ感度を有するマイクロホンが構
成できる。
【0014】なお、図1及び図5において筐体8の前面
8a又は背面8bに適宜カバーを取付けてもよいことは
明らかである。これ迄の説明では、マイクロホン1i
(第1) スピーカー6i 又は第2スピーカー6i ′はい
ずれも4個の例を示したが、一般にはn(正の整数) 個
でよい。更に、この発明は、マイクロホン1の個数と第
1スピーカー6又は第2スピーカー6′の個数が異なる
場合にも容易に拡張できる。
【0015】マイクロホン1の個数がスピーカー6の個
数より多い場合には、例えば図7Aに示すように、いく
つかの可変利得器4i ,4j 等の出力を適宜合成して一
つの反転増幅器5i に入力させればよい。またマイクロ
ホン1の個数がスピーカー6の個数より少い場合には、
例えば図7Bに示すように、増幅器2i の出力を分岐し
ていくつかの可変遅延回路4i ,4j 等に供給すればよ
い。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、この発明装置を用い
れば、ある場所(第1音場) で大音量を発生させた場合
にも、その場所から遠ざかると急激に音量が下がって騒
音とならないようにすることができる。これ迄の説明で
は水平方向の音量を低減させる場合を述べたが、しかし
この発明装置は、垂直方向、例えばマンションの一室で
のカラオケなどの階上、階下への騒音対策に利用できる
ことは勿論であり、その効果は頗る大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1又は2の発明の実施例を示す図で、A
は装置の外観を示す斜視図、Bは回路構成を示すブロッ
ク図。
【図2】Aは図1の制御回路7の構成を示すためのブロ
ック図、BはAのMPUの動作フローフャート。
【図3】図1の実施例の使用状態を示す原理的な平面
図。
【図4】Aは図1の吸音装置10の前面及び背面が音源
方向と直角となる位置よりずれて配設された場合を示す
原理的な平面図、B及びCはそれぞれAのマイクロホン
1 (13 ) 及び12 (14 ) の出力を示す波形図。
【図5】請求項3の実施例の外観を示す図で、Aは正面
図、Bは側面図、Cは背面図。
【図6】図5の実施例の回路構成を示すブロック図。
【図7】図1におけるマイクロホン1の個数nとスピー
カー6の個数n′とが異なる場合の回路の要部を示すブ
ロック図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音源により作られる第1音場と、その第
    1音場の外側の前記音源による音を減衰させたい第2音
    場との境界に設置され、その第2音場に音波を放射して
    前記音源からの音をキャンセルさせる吸音装置であっ
    て、 前記音源に面して立てられた筐体の前面(音源側) に配
    設された複数のマイクロホンと、 それら各マイクロホンの出力を遅延させる複数の可変遅
    延回路と、 それらの各可変遅延回路の出力に与える利得を可変する
    複数の可変利得手段と、 前記各可変遅延回路の出力を増幅する複数の反転増幅器
    と、 それらの各反転増幅器の出力により駆動され、前記筐体
    の背面に取付けられる複数のスピーカーと、 前記各マイクロホンの出力信号に基づいて、前記各スピ
    ーカーの出力により、前記第2音場における前記音源か
    らの音をキャンセルするように、前記各可変遅延回路及
    び前記可変利得手段を制御する制御回路とを具備するこ
    とを特徴とする、 吸音装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の吸音装置において、前
    記マイクロホンが超指向性マイクロホンであることを特
    徴とする。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の吸音装置におい
    て、 前記各マイクロホンの出力の一部が分岐して入力される
    複数の第2可変遅延回路と、 それらの各第2可変遅延回路の出力に与える利得を可変
    する複数の第2可変利得手段と、 前記各第2可変遅延回路の出力を増幅する複数の第2反
    転増幅器と、 それらの各第2反転増幅器の出力により駆動され、前記
    筐体の前面に取付けられる複数の第2スピーカーとを具
    備し、 それらの第2スピーカーの出力により、前記第1音場に
    おける前記筐体の前面から反射される前記音源の音をキ
    ャンセルするように、前記制御回路が前記各第2可変遅
    延回路及び前記第2可変利得手段を制御することを特徴
    とする。
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