JPH0782347B2 - 能動制御型防音装置 - Google Patents

能動制御型防音装置

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JPH0782347B2
JPH0782347B2 JP2223206A JP22320690A JPH0782347B2 JP H0782347 B2 JPH0782347 B2 JP H0782347B2 JP 2223206 A JP2223206 A JP 2223206A JP 22320690 A JP22320690 A JP 22320690A JP H0782347 B2 JPH0782347 B2 JP H0782347B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は変電所、工場、高速鉄道、高速道路などから発
生される騒音を防ぐための防音塀又は壁と共に用いられ
る能動制御型防音装置に関する。
[発明の概要] 本発明の能動制御型防音装置は騒音源からの入射音波に
より生ずる防音塀又は壁の上端エッジでの音場を騒音源
以外の音源による音場で消去することにより、防音塀又
は壁の背後での騒音による音場を低減させるようにした
ものである。
[従来の技術] 従来、防音塀の騒音低減性能を上げるためには防音塀の
高さを高くすることが基本とされてきた。これに対し高
さはそのままにして、その低減性能だけを増加する方法
には(1)防音塀の表面を吸音性にする方法、(2)防
音塀の厚さを厚くする方法、(3)エッジに音響レンズ
を取付け、指向性を変化させる方法、(4)エッジに吸
音性の円筒状物体を取り付けてエッジのポテンシャルを
下げる方法などがある。
(1)の方法では一般の防音塀の使用状況ではその効果
は約3dB程度であり、高速道路での使用ではこの効果は
上記予測値を確保することも期待できず、単に予測値の
保証対策に利用されているのみである。(2)の方法は
もちろん効果は大きいが、その効果を発揮するには少な
くとも対象とする音波の数波長以上の厚さが必要であ
り、一般に用いられる防音塀の厚さである10cmではその
効果は期待できない。(3)の方法では防音塀の影の部
分で、かつある程度遠方での音波の干渉を利用するた
め、受音点の位置により効果の大小が激しい。現在この
方法による効果が大きいという評価は聞かない。(4)
の方法は近年注目を浴び始めているが、防音塀エッジに
取り付けられた吸音性の円筒による効果は約2,3dBであ
り、この方法によって防音塀の高さを、走行する自動車
や列車の窓から風景を楽しめるほどの低さに抑えること
はまだ困難である。
[発明が解決しようとする課題] 以上のように従来の技術では防音塀の高さを低く抑える
のは困難であって、現在高速道路や高速鉄道などでは3m
から5mもある防音塀が用いられており、変電所などでも
5m〜10mもの高さのある塀が用いられている。
しかし、上記の最後の方法(4)に着目してみると、こ
の方法は防音塀のエッジでのポテンシャルを下げること
を特徴としており、それを吸音性の円筒に頼っているわ
けであり、実用性に乏しく実効も疑わしい。ところで同
じポテンシャルを下げるには別の方法がある。すなわち
最近各方面で取り上げられている能動制御の方法を採用
することである。
例えば、特開昭63−276100号に開示された騒音制御方式
をあげることができる。しかしこの方式はダクトに関す
るものであり、ここで問題としている塀又は壁の防音の
能動制御については未解決である。
[発明の目的] 従って本発明の目的は防音塀又は壁の新規な能動制御装
置を提供するにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、第1の発明による能動制御型
防音装置は、二次元の平面的広がりをもつ塀又は壁の上
端エッジ近傍への騒音源からの入射音波を検出する第1
の手段と、該手段の検出信号から上記入射音波の振幅及
び位相を計算し、その計算値より上記入射音波を消去で
きる振幅を有する音波信号を生成する第2の手段と、該
音波信号に応答して上記入射音波を消去する音波を放射
する第3の手段と、を備え、第1及び第3の手段は上記
塀又は壁に対し騒音源側に設けられたことを要旨とす
る。
また第2の発明による能動制御型防音装置は、二次元の
平面的広がりをもつ塀又は壁の上端エッジ近傍への騒音
源からの入射音波の予め計算された振幅及び位相に基づ
いた上記入射音波を消去できる振幅を有する音波信号を
生成する第1の手段と、該音波信号に応答して上記入射
音波を消去する音波を放射する第2の手段と、を備え、
第2の手段は上記塀又は壁に対し騒音源側に設けられた
ことを要旨とする。
更に第3の発明による能動制御型防音装置は、二次元の
平面的広がりをもつ塀又は壁の上端エッジ近傍への騒音
源からの入射音波を検出しその検出値を表示する第1の
手段と、上記検出値に対応した入射音波の予め計算され
た振幅及び位相に基づいた上記入射音波を消去できる振
幅を有する音波信号を生成する第2の手段と、該音波信
号に応答して上記入射音波を消去する音波を放射する第
3の手段と、第1及び第3の手段は上記塀又は壁に対し
騒音源側に設けられたことを要旨とする。
[作用] 上述した各発明の構成によれば、騒音源からの入射音波
による防音塀又は壁の上端エッジでの音場を、消去する
ことができ、防音塀または塀背後での上記入射音波によ
る音場を効果的に低減させることができる。
[実施例] 以下、まず、本発明の能動制御の原理を説明するが、話
を分かりやすくするため二次元音場を例にとって、数式
及び図面を用いて説明する。
第1図のように半無限障壁Bの左側から円筒波が騒音源
Sから障壁Bに向かって放射されているとする。受音点
Mは騒音源Sと反対側にあり、障壁、騒音源、受音点間
の位置関係は図の通りであるとする。また騒音源Sの障
壁Bによる像音源をSiとし、kは波数k=2π/λであ
る。入射円筒波を としたとき、障壁背後の受音点Mでの回析音波は で与えられ、いまもう一つの付加音源S′を角度αをS
と同じに保って障壁Bの上端エッジ近傍に設置すると、
その音源S′からの入射円筒波を とすれば、それによる受音点Mでの回析音波は で与えられる。
これら2つの音源による受音点Mでの回析音波の和(Ud
+Ud′)を最小にすれば能動制御によって防音塀又は壁
の上端エッジでの騒音ポテンシャルを最小化できる。そ
の和は となるので、この和が最小になるのは係数Aを含む項が
ゼロなれば良い。すなわち、付加音源S′の振幅を のように調整すれば障壁Bの背後での回析音場はゼロと
なり、理論上無限大の騒音低減効果が得られる。
このことは別の観点から次のようにも説明できる。まず
騒音源Sからエッジの位置への入射音波の寄与は であり、付加音源S′からの寄与は であるので、式(6)が成立することは式(7),
(8)の和がゼロになること、即ち障壁Bの上端エッジ
での騒音ポテンシャルがゼロになることと等価である。
第2図はかかる本発明の原理に基づく能動制御型防音装
置の一実施例を示す。
同図において、1は防音塀Bの上端エッジ近傍に設置し
たマイクロホン、2は前置増幅器、3はディジタル・ジ
グナル・プロセッサー(DPS)、4は電力増幅器、5は
スピーカ、6は効果評価用マイクロホン、7は前置増幅
器、8は制御用コンピュータである。
また騒音源Sは防音塀Bの上端エッジEからある程度は
なれた位置にあるとし、受音点Mは防音塀Bの背後Mに
あるものとする。
マイクロホン1は騒音源Sから防音塀Bに対する入射音
波を検出し、その検出信号がDPS3に入力される。DPS3は
この検出信号から上記入射音波の振幅と位相を瞬時に計
算し、その計算値に基づいて前記式(6)の振幅を有す
る音波信号を生成し、エッジ近傍に設置されたスピーカ
5に送って音波を騒音源Sに向けて放射し、エッジでの
騒音ポテンシャルを消去する。
このようにして上述した装置により実時間計算により防
音塀Bの上端エッジの騒音源Sからの入射音波を予測
し、この予測値に基づいて付加音源から消去用の音波を
発生させる訳であるが、更にこの消去の効果はエッジE
に設けられた効果評価用マイクロホン6により確認しな
がら行なわれる。
即ち、マイクロホン6の出力信号は前置増幅器7を介し
てDPS3に入力され、DPS3ではこの出力信号に基づいて消
去の効果を評価し、この効果が不充分の場合には前記音
波信号を修正しながらエッジでの騒音ポテンシャルを消
去して行く。制御用コンピュータ8はDPS3の動作を制御
する。
なお、上記実施例において、付加音源としてのスピーカ
5は必ずしもエッジEの近傍に設置する必要はないが、
エッジEに近ければ近い程、スピーカ5からの放射音は
小さくてよく、従ってその供給電力も少なくてすむこと
になる。
実際の道路のように点状騒音源と見なせる車両が線状に
並んでいる場合や、変電所のように比較的大きな騒音源
がある場合でも、それら騒音源からの合成波を防音塀B
のエッジの近傍で計測し、防音塀B上端エッジでの騒音
ポテンシャルを予測し、そのポテンシャルを打ち消す音
波をスピーカーから放射すれば良く、基本的には円筒波
の場合と同様である。実際には三次元音場であるので防
音塀の長さ方向に沿ってある有限長の長さ毎に上記二次
元音場での能動制御システムを用意し、エッジの音場を
最小にすればよい。そのためには検出用及び評価用マイ
クロホンも付加音源としてのスピーカと同数必要とな
り、それらは複数組毎にコンピュータにより連動させ、
エッジに沿った音場を消去するようにする。
第3図はかかる概念による実施例で、S1…SK…は線状に
並んだ各点状騒音源、1−1,1−2,1−3,…1−k…は入
射音波検出用マイクロホン、2−1,2−2,2−3,…2−k
…は夫々の前置増幅器、4−1,4−2,4−3,……4−k…
…は電力増幅器、5−1,5−2,5−3,…5−k…は付加音
源としてのスピーカ、6−1,6−2,6−3,…6−kは効果
評価用マイクロホン、7−1,7−2,7−3,…7−k…は夫
々の前置増幅器で、防音塀Bの上端エッジEの近傍に第
2図に示す能動制御システムがエッジに沿って複数組並
設される。各組のシステムは制御用コンピュータ8の制
御に従って前述した消去動作を行なって各騒音源による
防音塀上端エッジの騒音ポテンシャルを消去する。
なお、上述した第2図及び第3図の実施例は騒音源が可
変な場合でも充分対応できる構成であるが、ある程度固
定的な場合は予め前記騒音消去用の音波信号を求めてお
くことができるので、第4図に示す非常に簡易な構成で
も実用上かなりな効果が期待できる。
第4図において、10はスイッチ、11は音波信号発生装置
で、この装置11はスイッチ10をオンにすると、予め計算
された振幅を有する音波信号をスピーカ5に送り、エッ
ジEでの騒音消去用の音波を放射する。この場合、装置
11には手動ツマミ12を設けておき、ある程度、音波信号
の振幅を可変できるようにしておくのがよい。
あるいは第5図に示す如く、マイクロホン1から出力さ
れる入射音波の検出信号をメーター13に表示させ、その
表示値に応じて上記ツマミを調整してもよい。
またこれらの防音塀としては、塀自身の性質はあまり問
題ではなく、表面が吸音性でも、剛な反射面でも、また
ソフトな反射面でもよい。要するに防音塀エッジの音場
を能動制御により消去できるようにすればよいのであ
る。
更に本発明の能動制御システムは塀だけでなく、建物の
壁を対象として建物内部の防音を図る場合にも有効に適
用できる。
なお、前述した本発明の原理説明では話を分かりやすく
するために回析場を表す式として近似式を用いたが、実
際には騒音源と付加音源の寄与を含めた音場を表す式は
式(9)のようにやや複雑である。
この式を用いて二次元音場での本発明による防音塀を用
いたことによる防音塀背後の騒音低減効果を第6図に示
す。この図に示される値は付加音源をオン、オフするこ
とによる防音塀背後での音圧レベル差である。騒音源の
周波数はこの分野での代表とされる500Hzとした。騒音
源、付加音源、防音塀の位置関係は第5図に示す通りで
ある。この結果によれば防音塀背後では二十数デシベル
の効果は期待できる。
騒音源、付加音源、防音塀について第7図と同じ位置関
係に対し1/10模型実験を試みた。模型であるので騒音源
と防音塀のエッジとの距離は50cm、付加音源とエッジの
距離は10cmである。騒音源の周波数は10倍の5kHzであ
る。その結果は第8図に示す通りで、第6図の計算値と
は定在波を生じていることを除けば比較的よく一致して
おり、本発明の有効性が確認できる。
またこれを三次元問題に拡張した場合で、防音塀背後水
平面内騒音低減効果分布の数値計算結果を第9図に示
す。この値は受信側で、エッジから下に2m下がった平面
内での分布である。この場合の計算に用いた基本回析式
は式(10)である。騒音源は防音塀から5mの距離、そし
て付加音源は防音塀エッジと騒音源を含む平面内で、エ
ッジから1m離れて20cm間隔でエッジに平行に並んでい
る。三次元の場合においてもこのように二十数デシベル
の騒音低減効果があり、従来の防音塀でこれらの効果を
得るには非常に背の高いものとなる。
ここでR1 2=(ρ+ρ02である。
[発明の効果] 以上の説明か明らかなように、本発明によれば、防音塀
又は壁のエッジの音場を能動制御システムにより最小に
することができ、影の部分における音場はこのエッジの
音場に依存しているので、防音塀又は壁の高さに関係な
く影の部分では大きな騒音低減効果を期待できる。すな
わち本発明による防音装置を用いれば、受音点からみて
音源を隠しさえすれば従来よりも大きな低減効果が得ら
れることになる。道路交通騒音を例にとるならば最早従
来のような3m以上もあるような防音塀は必要でなく、受
音点の位置や音源の高さにもよるがせいぜい1m程度でよ
い。これにより車窓から充分景色も眺められ、周囲には
騒音を排出しなくても済むことになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の騒音消去の原理説明図、第2図は本発
明の一実施例を示すブロック図、第3図、第4図及び第
5図は夫々本発明の他の実施例を示すブロック図、第6
図は二次元音場での本発明の装置の防音塀背後における
騒音低減効果分布図、第7図は第6図の値を計算したと
きの騒音源、防音塀、付加音源配置図、第8図は1/10模
型を用いて第1図の条件に対応する実測データ図、第9
図は音場を三次元に拡張した場合の本発明の防音塀背後
における騒音低減効果水平分布図である。 1:マイクロホン 2:前置増幅器 3:DSP(実時間計算機) 4:電力増幅器 5:スピーカ 6:効果評価用マイクロホン 7:前置増幅器 8:制御用コンピュータ、 S:音源 M:受音点 B:防音塀 E:防音塀のエッジ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次元の平面的広がりをもつ塀又は壁の上
    端エッジ近傍への騒音源からの入射音波を検出する第1
    の手段と、該手段の検出信号から上記入射音波の振幅及
    び位相を計算し、その計算値より上記入射音波を消去で
    きる振幅を有する音波信号を生成する第2の手段と、該
    音波信号に応答して上記入射音波を消去する音波を放射
    する第3の手段とを備え、第1及び第3の手段は上記塀
    又は壁に対し騒音源側に設けられたことを特徴とする能
    動制御型防音装置。
  2. 【請求項2】上記塀又は壁に沿って第1及び第3の手段
    を複数並設したことを特徴とする請求項(1)に記載の
    能動制御型防音装置。
  3. 【請求項3】二次元の平面的広がりをもつ塀又は壁の上
    端エッジ近傍への騒音源からの入射音波の予め計算され
    た振幅及び位相に基づいた上記入射音波を消去できる振
    幅を有する音波信号を生成する第1の手段と、該音波信
    号に応答して上記入射音波を消去する音波を放射する第
    2の手段と、を備え、第2の手段は上記塀又は壁に対し
    騒音源側に設けられたことを特徴とする能動制御型防音
    装置。
  4. 【請求項4】上記第1の手段が、上記音波信号の振幅を
    可変し得るように構成されたことを特徴とする請求項
    (3)に記載の能動制御型防音装置。
  5. 【請求項5】二次元の平面的広がりをもつ塀又は壁の上
    端エッジ近傍への騒音源からの入射音波を検出しその検
    出値を表示する第1の手段と、上記検出値に対応した入
    射音波の予め計算された振幅及び位相に基づいた上記入
    射音波を消去できる振幅を有する音波信号を生成する第
    2の手段と、該音波信号に応答して上記入射音波を消去
    する音波を放射する第3の手段と、を備え、第1及び第
    3の手段は上記塀又は壁に対し騒音源側に設けられたこ
    とを特徴とする能動制御型防音装置。
  6. 【請求項6】前記第3の手段による入射音波の消去効果
    を評価する手段を備えたことを特徴とする請求項(1)
    に記載の能動制御型防音装置。
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