JPS62102290A - 騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は機器が発生する騒音ご低減する装置に係り、特
に、騒音に対して逆位相音波を発生させ、音場を打消す
ことが可能な環境に付設了るのに好適な騒音低減装置に
関する。

〔発明の背景〕

従来、機器が発生する騒音を低減する方法には、音の発
生源を密閉し、密閉された空間から音をなるべく逃さな
いようにＴる方法、または、発生源から騒音が外部に漏
れ出るまでの経路において、音波が反射Ｔる個所等に吸
音材かあるいはある種の構造を有するサイレンサーを付
設し、騒音を吸収する方法、遮音材として質敏ｕを適用
した気流を通す壁等が実用に供されているｌ、新しい吸
音機構では、低音域においても吸音効果を有する方法と
して、実公昭５２−５２１６１に見られるような新ｇ＆
音材の開発がある。

上記のような従来の方法は、いわばパッシブな方法であ
って、機器の構成上、発生騒音を完全に遮断出来ないと
きには、周囲環境にほぼ直接騒音が放射される。このよ
うな場合には、従来の方法では対処することが出来ない
。

一般に、騒音を発生する機器を取り囲む環境においては
、次善の策として、ある特定の方向、空間において騒音
が減少する方法を適用すれは０、問題が解決してしまう
ケースも少なくない。アクティブな方法によってこれに
対処することが可能であるが、従来はこの点に関する配
慮が無。

かったのである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、騒音音場において逆位相９音波？発生
させることにより、ある特定の空間において騒音音場ご
打消して騒音を低減する装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

以下、本発明の概要について説明する。騒１源近傍にお
いて騒音信号をビゾクアップし、この信号に対して正確
に逆位相の音波を発生して騒音波動に重ね合わせると、
原理的には騒音のｘ　、％　／ｌ／ギーを大幅に減少さ
せることが可能でおる。この場合、騒音発生源の位置と
逆位相音波を発生させるスピーカの位置を一致させるこ
とは、出来ないため両者の形成する波面の位相を全空間
にわたって一致させることは出来ない。

しかしながら、逆位相音波を重ね合わすことによって、
広い空間範囲にわたって騒音を消去Ｔることは可能であ
る。今、この二種の音波の重ね合わせについて第２図に
より説明する。

図の音源１より放射された騒音は波面５を形成する。波
面５は音源１が点音源と仮定出来るような球面をなして
いると仮定する。音源１に近接して置かれたマイクロホ
ン２により信号ごピックアップし、この信号に対して所
定の信号処理を施し、スピーカ４よつ再生する。この再
生音波は、スピーカの前面において音源１が形成する音
波とほぼ逆位相となり、再生音圧もスピーカ４の前面に
おいてほぼ同一になっている。

このような再生音波の特性は、装置３における信号処理
によって形成されるものである。

今、スピーカ４によって再生された音波の位相を完全な
逆位相から３０　　程度進めると、波面６が形成される
。スピーカ４の軸ｘ１上では二種の波動に１５０°程度
の位相差が生じているため、完全に打消し合うことはな
いが、一定の打消し効果が見られる。一方、ｘ１軸を中
心軸にして約３０°の方向においては、完全な打消し合
いが毛じる。この方向は、第２図の平面上ではｘ２軸の
方向となる。さらに、”３の軸上では波面乙の位相が相
対的に遅れ３６０°の位相差を生じるため、二種の波動
は逆に強め合うこと、−なる。

これに対して、仮に音源１とスピーカ４の距離を小さく
して行くと、波面５と波面６の位相差がほぼ一定な空間
領域は広がり、したがって二種の音波が打消し合う空間
領域は広がヴて行くことになる。

上記のように１波面５と波面乙の位相差が方向によって
様々な値な取る条件においても、紗ｘ１とｘ２方向とで
囲まれる空間においては両波面の位相差は逆位相１８０
°噺＜、音場はほぼ打消されている。したがって１騒音
はｘ１軸に近い領域では小さく、ｘ５のような斜方向に
おいては返って強くなるのである。この斜方向に強化さ
れた音波に対しては、吸音処理が出来るようにスピーカ
２含めた装置を特に工夫することによって、影響を小さ
くＴることが出来る。また、ここでは説明の都合上、音
源１を点音源と仮定したが。

一般には拡がりを持ち、指向性を持つことになる。音波
１の指向性主軸を軸ｘ１にあわせると、軸ｘ１に近い領
域程音圧は大きく、斜方向になるに従って音圧は低くな
るのが通例である。その結果為斜方向における音波の強
め合いの影響は一般に小さくなってしまう。

上記のように、騒音音場をある空間範囲にわたって打消
すことが可能であり、根本的な騒音低域の効果を上げる
ことが出来る。

次に、第１図を用いて騒音音波に対して逆位相音波を発
生する回路装置の概要について説明する。本装置の主な
構成は、騒音信号ごピックアップするマイクロホン２、
ピックアップされた信号を所定の増幅率で増１１１１ｔ
ｉＴるプリアンプ８、主要な周波数範囲でスピーカ４の
音圧周波数特性をほぼ平坦にするための振幅等化回路９
、スピーカ４の位相特性を平坦に補償する位相等化回路
１０、信号の極性を反転させる極性反転回路１１・信号
の位相を微調整するための遅延回路１２１、スピーカ４
より信号？再生するためのパワーアンプ１３より成って
いる。

マイクロホン２でピックアップされた騒音信号は、マイ
クアンプ７、プリアンプ８によす増幅される。これ等増
幅回路の増幅率は、たとえ。

ばスピーカ４から１ｍ離れた距離において、騒音音場の
音圧と再生音場の音圧とがほぼ等しくなるように定めら
れている。騒音音場の音圧は、マイクロホン２が置かれ
た位置の音圧から計算出来る。振幅等化回路９と位相等
化回路１０はスピーカ４の特性を補償するが・位相差を
１８０°にして二種の波動を打消すためにはもとの信号
の忠実な波形再生が必要である０このため、主要な周波
数帯域において振幅と位相の周波数特性を平坦にしてお
く必要がある。遅延回路１２は位相進みを修正する回路
であり、マイクロホン２とスピーカ４の位置が同じでな
いために、この間の信号通過速度は空間ご音波が伝幡す
る速度より速く１したがってスピーカ４から放射される
音波が騒音に比べて位相は進むことになり、これを修正
Ｔるものである。

上記のような基本回路捕或は、スピーカ４から約１ｍの
距離における騒音音場ご打消すことＣよりて、大幅な、
騒音低減をはかるものである。

また、騒音音場に対して再生音場の位相な正確に調整す
るためには、スピーカ４の前方にマイクロホン１４をセ
ットし、マイクアンプ１５とアンプ１６の出力信号の振
幅が最小かあるいは所定の。

大きさになるように遅延回路の遅延時間を調整子ればよ
い。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。第３図に示した
ように、騒音源が１個ではなく複数。

個存在する場合、これに対処する方法について説明する
０図において、はぼ水平面に８１．８２．　Ｓ３なる騒
音源が３個存在し、これ等に対してＰｌからＰ５にいた
る５個の装置を音源の前面に並べている。３個の音源が
作り出す音場は複雑であるが、これ等を取り囲むように
マイクロホン２を設置し、それぞれの放射音場波形をピ
ックアップすることによって、水平方向の音場波形を捕
えることが出来る。３個の騒音源が形成する波、面５に
対して、５個のスピーカ４を付設することにより、波面
６の逆位相音波を放射する。これにより、広範囲にわた
って騒音音場を打消Ｔことが出来た。

上記の例は、騒音源が水平方向に並び、これ゛に対して
騒音低減装置を水平方向に並べている、これに対して垂
直方向においては一個の音源が存在するのと等価であり
、これに対して騒音低減装置は１個付設されたに等しい
。したがって、斜上下方向において、音波が強め合う効
果が生じるが、その範囲内では騒音の低減効果が生じる
。

次に、ダクト内部を騒音が伝幡している場合、この騒音
音場ご消去する方法を示す。ダクト内では、はぼ平面波
が伝幡しているが、位置による音圧変化が大きい。定在
波が存在する場合には、定在波の音圧が大きくなる腹の
位置を含むダクトの断面上に複数個の騒音低減装置を付
設すると効果がある。第５図は円形ダクト１９にフレー
ム２０を取付け、これに５個の騒音低減装置１１１ａを
付設した状況を示している。

低減装置１８は、これまでに説明して来たようにマイク
ロホン、回路部、再生用スピーカがセットになっており
、マイクロホンでピックアップした信号波形の逆位相音
波をスピーカから放射する。複数個のスピーカから放射
される音源は平面波に近く、シたがって効率良く騒音音
場を消去出来た。

次に第６図により、位相等化回路を中心にして回路の具
体例を説明する。これまでにしばしば登場した信号再生
用のスピーカは、いわゆるフルレンジタイプと呼ばれ、
１個のスピーカで広い周波数帯域の信号を再生Ｔる。し
かしながら、低域周波数と高域周波数では音圧周波数特
性が低下しているため）この音圧周波数特性を約５ｏｏ
Ｈｚから約５ＫＨｚにわたりほぼ平坦にする。

すなわち、騒音低減の効果をこの周波数範囲に限定する
のである。このため、振幅等化回路９を必要とするが、
いわゆるトーンコントロール回路で十分効果を上げるこ
とが出来る。これにより、音圧周波数特性を±２３ｄＢ
の範囲で平坦化している。なお、約３００Ｈ２以下と約
５ＫＨ２以上の信号はフィルタでカットしておく必要が
あることは言うまでもない。

スピーカの位相特性は、スピーカの低域共振周波数と高
域共振周波数のそれぞれを中心にして、１８０°ずつ位
相遅れを生じている０スピーカの使用周波数範囲を上記
のように限定しても、なおこの周波数範囲において１８
０°程度の位相遅れがあり、これを補償する必要がある
。このため、位相等化回路１０においては、１次移相回
路を２個用いた。第６図のオペアンプ２１と２２は、こ
れを示している。この回路により、約３ＬＩＯＨｚから
約５ＫＨｚにわたり、位相周波数特性を±１５゜の範囲
で平坦にすることか出来た。極性反転回路１１はオペア
ンプ２３によるバッファアンプとなっている。これによ
り、信号の極性は反転する。

マイクロホンとスピーカが離れているとすると、はぼこ
の距離を音波が伝播する時間分、音１波に対して回路内
の信号は進むことになる。マイクロホンとスピーカが５
０１離れていると、回路内の信号は約１．５ｍ秒進むこ
とになる。この時間分ＢＢＤ素子を用いた遅延回路１２
によって遅延させる。ここで、スピーカから放射された
音波が、たとえばスピーカから１７７１の距離において
、騒音音波に対して正確に逆位相となるためには、遅延
時間ご微調整する必要があることは言うまでもない。

これまでに説明した騒音低減法によると、比較的単純な
構造を持つ音場内に、マイクロホン１個にスピーカ１個
を対応させたものであった。

音場の構造がより複雑になると、必ずしもこれに限定さ
れるものではなく１１本のマイクロホンに複数個のスピ
ーカを対応させ１複雑な波面を構成することも可能であ
る。また、なるべく音場を乱さないという配慮から、マ
イクロホンとスピーカを音場内に設置し、回路系をこれ
と切離して音場を乱さない場所に設置することも適宜行
なえる方法である。

〔発明の効果〕

従来、音源を密閉する方法、吸音材を付設する方法１あ
るいはサイレンサー等を設はルコとによりて騒音低減を
はかって来たが、これ等の方法が有効に動作しない還境
において本発明の騒音低減装置は効果を発揮する。すな
わち、４発明の装置は直接騒音音波を消去するため、対
象とする空間を狭く限定すれば、２０ｄＢ以上の騒音低
減効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路ブロック図、第２図は点音源の波
面と本発明の装置による波面の関係を示した図−第３図
は複数の音源に対して本発明の装置を適用した例・第４
図は波面と吸音体の関係を示した図、第５図は円形ダク
トの断面と本発明の装置を設備した図、第６図は位相等
化回路を説明した図である。 ２・・・マイクロホン ７・・・マイクアンプ ８・・・プリアンプ ９・・・振幅等化回路 １０・・・位相等化回路 １１・・・極性反転回路 １２・・・遅延回路 １３・・・パワーアンプ ４・・・スピーカ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 騒音音場における音響信号をピックアップするマイクロ
   ホンと、該マイクロホンの出力信号を増幅する増幅回路
   と、該出力信号を最終的に再生するスピーカの音圧周波
   数特性を所定の周波数範囲で平坦化する回路と、該スピ
   ーカの位相周波数特性を所定の周波数範囲で平坦化する
   位相等化回路と、極性を反転する回路と、信号を所定の
   周波数範囲で遅延する回路と、上記スピーカを駆動する
   パワーアンプとから構成されマイクロホンの入力信号と
   ほぼ逆位相の信号を再生することにより、騒音を低減す
   ることを特徴とした騒音低減装置。