騒音低減装置
【解決課題】騒音が指向性を有していても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができるようにする。
【解決手段】騒音源からの騒音が指向性を有する場合には、信号処理部によって、センサーマイク及びスピーカ近接マイク38の音波情報に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出し、算出された指向性に応じて、指向性補正係数を各スピーカ12について算出して、各遅延回路に指向性補正係数を設定し、指向性補正係数に応じて制御音の大きさを補正するように、低減信号の振幅を補正する。これにより、各スピーカ12から放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるため、騒音源からの騒音が指向性を有していても、制御点を含む広い範囲で、騒音源からの騒音が打ち消される。
【解決手段】騒音源からの騒音が指向性を有する場合には、信号処理部によって、センサーマイク及びスピーカ近接マイク38の音波情報に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出し、算出された指向性に応じて、指向性補正係数を各スピーカ12について算出して、各遅延回路に指向性補正係数を設定し、指向性補正係数に応じて制御音の大きさを補正するように、低減信号の振幅を補正する。これにより、各スピーカ12から放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるため、騒音源からの騒音が指向性を有していても、制御点を含む広い範囲で、騒音源からの騒音が打ち消される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、騒音低減装置に係り、特に、能動制御により騒音を低減する能動制御型の騒音低減装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、道路交通騒音、鉄道騒音について環境基準が定められており、基準を満たさない道路建設や、基準を満たさない高速車両の運行は認められない。
【0003】
このような背景から防音壁開発が盛んに行われると共に、防音壁からの回折音を能動制御により低減するアクティブ・ノイズ・コントロール(ANC:Active Noise Control)の技術開発が行われている。
【0004】
ANC技術として、点音源を直線状に複数配置して有限長の制御音源を構成し、この制御音源から正面及び斜め方向に制御音を放射して、制御音源の長さ方向の幅の範囲において騒音を低減する騒音低減装置が知られている(特許文献1)。
【特許文献1】特開2006−138130
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、長さLの有限長の制御音源から長さ方向と直角の方向に制御音を放出するため、騒音を低減できる範囲が制御音源の幅Lの範囲に限られてしまうため、騒音源から円状に拡散する騒音を広い範囲で低減することができない、という問題がある。また、騒音源が指向性を有している場合には、対応することができない、という問題がある。
【0006】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる騒音低減装置を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するために第1の発明に係る騒音低減装置は、低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、前記音響信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段とを含んで構成されている。
【0008】
第1の発明に係る騒音低減装置によれば、マイクロホンによって、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力し、生成手段によって、音響信号に基づいて、スピーカユニットから騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する。
【0009】
そして、処理手段によって、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、低減信号を、騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う。
【0010】
また、指向性算出手段によって、音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出する。そして、補正手段によって、指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する。
【0011】
そして、入力手段によって、処理手段で処理された信号を複数のスピーカの各々に入力し、スピーカユニットの複数のスピーカによって、制御音を放音する。このとき、放音された各制御音が合成された音波の波面の包絡面が、騒音の波面に相当すると共に、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるため、制御音によって騒音が低減される。
【0012】
このように、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0013】
第1の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0014】
また、第1の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0015】
また、第1の発明に係る騒音低減装置は、騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段とを更に含むことができる。これにより、騒音源からの騒音が位相差を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0016】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0017】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0018】
第2の発明に係る騒音低減装置は、低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を出力する振動検出手段と、前記振動信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段とを含んで構成されている。
【0019】
第2の発明に係る騒音低減装置によれば、振動検出手段によって、騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を出力し、生成手段によって、振動信号に基づいて、スピーカユニットから騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する。
【0020】
そして、処理手段によって、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、低減信号を、騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う。
【0021】
また、指向性算出手段によって、音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出する。そして、補正手段によって、指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する。
【0022】
そして、入力手段によって、処理手段で処理された信号を複数のスピーカの各々に入力し、スピーカユニットの複数のスピーカによって、制御音を放音する。このとき、放音された各制御音が合成された音波の波面の包絡面が、騒音の波面に相当すると共に、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるため、制御音によって騒音が低減される。
【0023】
このように、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0024】
第2の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0025】
また、第2の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0026】
また、第2の発明に係る騒音低減装置は、騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段とを更に含むことができる。これにより、騒音源からの騒音が位相差を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0027】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0028】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0029】
また、上記のスピーカユニットの複数のスピーカを、壁上に設けることができる。
【発明の効果】
【0030】
以上説明したように、本発明の騒音低減装置によれば、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、防音壁がない自由音場において、指向性を有する騒音を低減する騒音低減システムに本発明を適用した場合について説明する。
【0032】
図1に示すように、第1の実施の形態に係る騒音低減システム10は、複数のスピーカ12が1列に配列されたスピーカユニット14と、スピーカ12から放音される制御音を制御するための制御ブロック16と、制御ブロック16から出力された信号を増幅して各スピーカ12に入力する複数のパワーアンプ36と、騒音源の近傍に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するセンサーマイク18と、音響信号を増幅するマイクアンプ20と、マイクアンプ20から出力される信号に対して、逆フィルタリングをかけて低減信号を生成して制御ブロック16に出力する生成手段としての逆フィルタDSP22と、制御点に設置され、かつ、逆フィルタDSP22にフィードバックするためのエラーマイク24と、各スピーカ12に近接して設けられたスピーカ近接マイク38と、所定の信号処理を行う補正手段としての信号処理部40とを備えている。なお、制御点については、騒音源からの音波が球面波伝播しているため、スピーカユニット14から騒音源と反対側であれば、どこでもよい。また、パワーアンプ36は、本発明の入力手段に相当する。
【0033】
スピーカユニット14では、複数のスピーカ12が直線状に配列されており、スピーカ12は、制御ブロック16によって低減対象となる騒音の周波数帯域の最大周波数以下の周波数帯域の音を放音するように制御される。
【0034】
また、複数のスピーカ12は等間隔で配置され、間隔dは、以下の式で示されるように、騒音の周波数帯域のうち、低減対象となる周波数帯域の最大中心周波数Fmaxの音の波長λの1/2以下とする。
d≦λ/2
【0035】
例えば、Fmax=500kHzの場合、音速cを340m/sとすると、間隔dは0.34mとなる。なお、スピーカ12の間隔dは、λ/2以下であればよく、また、低減対象となる騒音の周波数帯域の最大中心周波数Fmaxがより高い周波数Fmaxhに変化し、間隔dがλmaxh/2(λmaxh=c/Fmaxh)よりも大きくなった場合には、図2に示すように、スピーカ12の配列位置に沿ってレール13を敷設することによってスピーカ移動手段を設けてスピーカの各々を移動可能にし、レール13と各スピーカ12との間に設けた自走用の車輪及び電動モータから構成される台車15によって、周波数Fmaxhに対する間隔dがλmaxh/2以下となるように各スピーカ12を移動させればよい。なお、電動モータ等の機械的手法でなく、手動によってスピーカ12を移動させてもよい。
【0036】
逆フィルタDSP22は、マイクアンプ20から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器26と、フィルタ係数が予め設定された時不変の逆フィルタ28とを備えている。逆フィルタ28のフィルタ係数は、陽解法及びLMS法の何れかによって決定され、A/D変換器26から出力された信号に対して、同振幅かつ逆相の信号を出力する。
【0037】
また、制御ブロック16には、n個のスピーカ12の各々に対して、スピーカ12の配列順序に応じて信号を遅延させる遅延回路30、及びデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器34が複数設けられている。
【0038】
遅延回路30は、スピーカ12の仮想音源が騒音源を中心とした円弧状に配列されるように、スピーカ12に入力する信号を遅延させる。スピーカ12の各々に入力される信号の遅延時間は、信号処理部40によって以下のように決定される。
【0039】
まず、音波情報に基づいて、騒音源の位置を以下のように求める。センサーマイク18とスピーカ近接マイク38(Mi、本例ではi=1、2、・・・9)とに入射する騒音源からの2つ音波x(t)及びy(t)のクロススペクトルΦxy(ω)の逆フーリエ変換である相互相関関数φxy(τ)を求める。
【0040】
相互相関関数φxy(τ)は以下のように表される。時間の関数x(t)、y(t)について自己相関関数は
【0041】
【数1】
と表され、相互相関関数は
【0042】
【数2】
と表される。ここで、φxx(τ)、φxy(τ)をフーリエ変換すると、パワースペクトルは、
【0043】
【数3】
と表され、クロススペクトルは、
【0044】
【数4】
と表される。また、系のインパルス応答をh(t)とし、その伝達関数をH(ω)とすると、
【0045】
【数5】
【0046】
【数6】
となる。また、周波数領域では以下のように表される。
【0047】
【数7】
【0048】
【数8】
【0049】
上記(6)式で表される相互相関関数φxy(τ)は、センサーマイク18を時間軸ゼロ(基点)として、騒音がセンサーマイク18からスピーカ近接マイク38(Miとする)に到達するまでに要する時間Tiである。ここで、スピーカ近接マイク38からセンサーマイク18までの間の距離をdiとし、cを音速とすると、以下の式で表される。
Ti=di/c
【0050】
従って、センサーマイク18からスピーカ近接マイク38までの間の距離diは、di=Ti×cとなるため、スピーカ近接マイク38の各々を円の中心として、半径diの円弧を描いて、円弧が交わる点を騒音源の位置として特定する。
【0051】
なお、Tiの最小時間Tminとなるときのスピーカ近接マイク38の位置が、騒音源に最も近い位置であり、センサーマイク18から最も近いスピーカ近接マイク38までの距離をRとすると、距離Rは、以下の式で表される。
R=Tmin・c
【0052】
そして、図3に示すように、センサーマイク18から最も近いスピーカ12を、仮想配置の円弧状配列スピーカ群の中心スピーカとし、図4に示すように、中心スピーカを基準としたときの遅延時間Δを以下の(9)式により算出する。
【0053】
Δ={(R2+D±i2)1/2−R}/c ・・・(9)
【0054】
騒音源の位置が移動したときには、上記の式に基づいて、各スピーカ12について遅延時間Δを算出し、各スピーカ12に対応する遅延回路30に設定する遅延時間Δを補正する。これにより、遅延回路30の各々は、移動した騒音源とスピーカ12との距離に応じて算出された遅延時間Δだけ信号を遅延させる。
【0055】
また、信号処理部40では、以下のように、スピーカ12から放音される制御音の振幅を補正するための振幅補正Kを算出し、遅延回路30に設定する。スピーカ12が直線配置の場合、仮想配置の円弧に対して実際のスピーカ12は遅延時間Δに相当する距離だけ前方に存在するため、仮想配置の場所にスピーカ12が存在する場合よりも大きな音を制御点に放出する。そこで、制御音の大きさを小さく補正するための補正係数Kiを以下の(10)式により算出する。
【0056】
Ki=Δi×c/R (I=1、2、・・・) ・・・(10)
【0057】
また、信号処理部40は、逆フィルタ28のフィルタ係数W(t)を、例えば陽解法によって、以下のように決定する。
【0058】
まず、騒音源近傍に設置したセンサーマイク18に入る騒音源からの騒音x(t)と騒音源から制御点に到達する騒音ys(t)との相互相関関数hs(t)を測定し、また、センサーマイク18に入る騒音源からの騒音x(t)と逆フィルタをW(t)=δ(t)としてスピーカ12から放音される騒音yc(t)との間の相互相関関数hc(t)を測定する(相互相関法によるインパルスh(t)の測定)。
【0059】
そして、hs(t)、hc(t)の伝達関数をHs(ω)、Hc(ω)として、逆フィルタW(t)を、以下の(11)式によって決定する。
【0060】
【数9】
ここで、F−1は逆フーリエ変換を示す。
【0061】
なお、MLS法によって逆フィルタ28のフィルタ係数を決定する場合には、以下のように決定される。
【0062】
まず、N個のすべてのスピーカ12の後述する指向性補正Diを設定する(騒音源の指向性と制御音源スピーカの指向性を同じにする)。そして、騒音源を稼動させて、騒音源近傍に設置したセンサーマイク18に入るx(t)と制御点に到達する騒音源からの騒音ys(t)とをLMSシステムに入力し、通常のLMS法の動作による自動同定にて、フィルタ係数W(t)を決定する。
【0063】
また、上記図3に示すように、騒音源からの騒音が指向性を持つ場合には、指向性補正係数Diは、以下のように求められ、各スピーカ12からの制御音の大きさを補正するように、各遅延回路30に設定される。音源(例えば、変圧器50Hz正弦波放出)が複数台あり、それら複数の音源からの音波が相互干渉して伝播する場合や、音源の周囲に建物などの反射物体が存在し、音源からの音波と反射物体からの反射波が相互干渉しながら伝播する場合には、騒音源からの騒音に指向性が生じ、相互相関関数は、各スピーカ近接マイク38に入射する音の大きさに比例して、すなわち騒音減の指向性を反映して、振幅(パワー)が異なる。例えば、図5に示すように、M8、M9の振幅は大きく、M1、M2は小さくなるのは騒音源の指向性の結果である。スピーカ12から放音する制御音の大きさを騒音源の指向性と同じにすれば、騒音源が指向性を持つ場合でも対応できる。
【0064】
そこで、指向性補正係数Diは、円弧状配置スピーカの中心スピーカ12に近接するスピーカ近接マイク38(M6)に入射するy(t)とセンサーマイク18に入射するx(t)との相互相関関数φM6xy(τ)を基準として、以下の(12)式により算出される。
【0065】
【数10】
【0066】
なお、騒音源が位相差Δtsiを持つ場合には、指向性補正Dpiが以下のように求められ、遅延時間を補正するように各遅延回路30に設定される。音源が発生する騒音は、一般的には広帯域周波数成分を持っているため、騒音源が指向性を持っていても大きな位相差は生じないのが一般的と考えられる。しかし、音源が複数台あって複雑であることと騒音の建物反射とにより、複雑な指向性が生じている場合には、位相差が変化するため、位相差を補正しなければならない。
【0067】
そこで、騒音源が指向性を持ち、かつ位相差Δtsiを持つ場合は、まず、スピーカ近接マイク38(Mi)に入射するyi(t)とセンサーマイク18に入射するx(t)との相互相関関数φMixy(τ)を求める。
【0068】
そして、騒音源からの騒音の主要周波数帯域に含まれる周波数fHz(例えば、主要周波数帯域が1/3オクターブ・バンド中心周波数250Hzである場合、f=250Hzとする)の正弦波x(t)と相互相関関数φMixy(τ)との畳み込み積分によって、以下の(13)式のように、Si(t)を求める。
【0069】
【数11】
【0070】
そして、図6のように、最も早い時間から始まる(M9)の正弦波を基準(Δts=0遅れ時間ゼロ)として、各スピーカ近接マイク38に入射する騒音の位相差Δtsiを求める。
【0071】
そして、Δtsiの情報を、位相による遅延として、上述した遅延時間を算出する式のΔに加算する。すなわち、以下の(14)式によって表される。
【0072】
Δi=((R2+Di2)1/2−R)/c+Δtsi ・・・(14)
【0073】
次に、第1の実施の形態に係る騒音低減システム10の動作について説明する。まず、騒音源から放射された騒音は、センサーマイク18で集音され、マイクアンプ20で音響信号が増幅されて、逆フィルタDSP22に入力される。そして、逆フィルタDSP22の逆フィルタ28は、A/D変換器26から入力されたデジタル信号と、設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。
【0074】
このとき、逆フィルタ28を通すことで、信号の波形が整形されると共に時間移動され、入力信号を逆相にした低減信号が生成されるため、低減信号に基づいてスピーカ12から放音された制御音により、減音効果を得ることができる。
【0075】
逆フィルタ28でフィルタリング処理された低減信号は、各遅延回路30に入力され、各遅延回路30では、対応するスピーカ12の配列順序に応じて各々設定された遅延時間だけ信号を遅延させる。遅延した信号は、D/A変換器34に入力され、D/A変換されて、パワーアンプ36を介して、スピーカユニット14に出力される。そして、フィルタリング処理された信号に対応する音波、即ち、騒音の逆相波である低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の全周波数帯域の音波が、制御音としてスピーカユニット14の各スピーカ12から制御点に向けて放音される。
【0076】
騒音源からの騒音が指向性を有する場合には、信号処理部40によって、センサーマイク18及びスピーカ近接マイク38の音波情報に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出し、算出された指向性に応じて、指向性補正係数を各スピーカ12について算出して、各遅延回路30に指向性補正係数を設定し、指向性補正係数に応じて制御音の大きさを補正するように、低減信号の振幅を補正する。
【0077】
また、騒音源からの騒音が位相差を有する場合には、信号処理部40によって、センサーマイク18及びスピーカ近接マイク38の音波情報に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出し、算出された位相差に応じて、各遅延回路30に設定する遅延時間を各スピーカ12について算出して、各遅延回路30に設定する遅延時間を、算出した遅延時間に変更する。
【0078】
そして、逆フィルタ28でフィルタリング処理された低減信号が、各遅延回路30で、各々補正された遅延時間だけ信号を遅延され、遅延した信号に基づいて、スピーカユニット14の各スピーカ12から、騒音の逆相波である低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の全周波数帯域の音波が、制御音として制御点に向けて放音される。
【0079】
騒音源からの騒音に指向性がある場合には、各スピーカ12から放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになっている。また、騒音源からの騒音に位相差がある場合には、制御音は騒音の位相差に応じて遅延するため、騒音源から位相差を持って拡散する騒音に対応した制御音を放音し、各スピーカ12から放音された制御音が合成され、合成された音波の波面の包絡面が、騒音の波面に相当し、また、制御音が、騒音の逆相となっている。
【0080】
ここで、各スピーカ12から放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになることについて、実際上の意味を明確にする。騒音源の指向性(もしくは位相差)がある場合、ここでは、指向性の原因が、図7に示すように、工場建物A、B、Cの3つの建物の外壁による反射である場合を考える。
【0081】
まず、制御の対象である騒音源が発生する騒音の周波数特性並びに音圧レベルが定常である場合は、図7において、右上斜め方向の矢印と楕円で示す指向性(もしくは位相差)は、時間的に一定、すなわち、時々刻々変化するものではなく定常的である。このとき、騒音源の指向性(もしくは位相差)は、センサーマイク18によって集音される騒音源から発生した騒音x(t)と各スピーカ近接マイク38に入射する騒音y(t)との相互相関関数の逆フーリエ変換Φxy(τ)から求められるが、x(t)とy(t)とは「制御対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の周波数の全帯域」の成分を含んでいる。
【0082】
従って、算出される指向性(もしくは位相差)は、この周波数帯域における騒音の周波数特性に依存するものの、各スピーカ近接マイク38の間隔dを、制御する最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下として、かつ「制御対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の周波数の全帯域」のΦxy(τ)の情報を用いて、指向性(もしくは位相差)を求めている。すなわち、完璧ではないものの工学的には最適な方法で騒音源の指向性(もしくは位相差)が求められていると考えられる。
【0083】
以上より、複数のスピーカから放音される制御音の指向性(もしくは位相差)と騒音源からの騒音の指向性(もしくは位相差)とが同じになるように制御音の大きさを制御するとは、上記のように、工学的に最適な方法で騒音源の指向性(もしくは位相差)を算出し、複数のスピーカから放音される制御音の指向性(もしくは位相差)と、算出された騒音源の指向性(もしくは位相差)とが同じになるように制御音の大きさを制御する、という意味である。
【0084】
なお、制御の対象である騒音源が発生する騒音の周波数特性並びに音圧レベルが非定常である場合は、指向性(もしくは位相差)は時々刻々変化するため、これに対応して指向性(もしくは位相差)補正を追随させて制御すればよい。
【0085】
従って、騒音源からの騒音が指向性を有しており、かつ、位相差があっても、制御点を含む広い範囲で、騒音源からの騒音が、スピーカ12からの制御音により打ち消される。また、図8に示すように、2つの音源が在る場合でも同様であり、スピーカ12は2つの円弧として働くことを示している。なお、騒音源が2つの場合は、図9に示すように、センサーマイク18A、18B、マイクアンプ20A、20B、逆フィルタDSP22A、22B、及び遅延回路30A、30Bが、騒音源毎に設けられている。また、複数の騒音源の各々に対する遅延回路30A、30Bの各々からの出力が、加算機能を有する各D/A変換器34に出力され、各パワーアンプ36を介して、スピーカユニット14のスピーカ12から制御音が放音される。
【0086】
以上説明したように、第1の実施の形態に係る騒音低減システムによれば、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0087】
また、騒音源からの騒音の位相差に基づいて、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、低減信号を遅延させる時間を補正することにより、騒音源からの騒音が位相差を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0088】
また、騒音源が複数ある場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0089】
また、自由音場用、すなわち防音壁がない場合でも能動制御を行い、騒音を低減することができる。
【0090】
なお、上記の実施の形態では、複数のスピーカを直線状に配列する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、円弧状に配列してもよい。この場合にも、各スピーカに対して、騒音源とスピーカとの距離に基づいて、遅延時間を決定して遅延回路に設定し、騒音源に対する円弧上にスピーカの仮想音源が配置されるようにすればよい。
【0091】
次に、第2の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0092】
第2の実施の形態では、スピーカ近接マイクを1つだけ設けている点が第1の実施の形態と異なっている。
【0093】
図10に示すように、第2の実施の形態に係る騒音低減システム210では、スピーカユニット14の複数のスピーカ12の配列方向に沿って、ワイヤ240を設け、ワイヤにスピーカ近接マイク238を吊るすことによって、スピーカ近接マイクを移動可能としている。
【0094】
騒音源の位置を特定する場合には、スピーカ近接マイク238を複数のスピーカ12の各々に近接した所定位置に移動させながら、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を信号処理部40に出力する。
【0095】
このように、スピーカ近接マイクが1つだけで済むため、低コストで騒音低減システムを構成することができる。
【0096】
次に、第3の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0097】
図11に示すように、第3の実施の形態に係る騒音低減システムには、防音壁350が設けられており、スピーカユニット14の複数のスピーカ12が、防音壁350上に設置されている。
【0098】
このように、防音壁を有する場合でも、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。また、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、防音壁上のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさを補正すると共に、遅延時間を補正することにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0099】
なお、上記の第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、センサーマイクを用いて、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を、マイクアンプを介して逆フィルタDSPに出力する場合を例に説明したが、騒音源の振動を検出する振動検出器を用いてもよい。この場合には、振動検出器を用いて、騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を、マイクアンプを介して逆フィルタDSPに出力し、逆フィルタDSPにおいて、振動信号に逆フィルタリングをかけて低減信号を生成するようにすればよい。
【0100】
次に、第4の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0101】
図12に示すように、第4の実施の形態に係る騒音低減システムには、角度θで折れ曲がっている防音壁450が設けられており、スピーカユニット14の複数のスピーカ12が、防音壁450上に設置されている。
【0102】
このように、折れ曲がっている防音壁を有する場合でも、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。また、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、防音壁上のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさを補正すると共に、遅延時間を補正することにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0103】
次に、第5の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0104】
図13に示すように、第5の実施の形態に係る騒音低減システムには、2段の直線になって延びている防音壁550が設けられており、スピーカユニット14の複数のスピーカ12が、防音壁550上に設置されている。
【0105】
このように、2段の直線となっている防音壁を有する場合でも、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。また、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、防音壁上のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさを補正すると共に、遅延時間を補正することにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0106】
なお、スピーカが壁上に配置されている防音壁が騒音源と反対側を中心とする曲線状であってもよい。この場合にも、低減信号を遅延させることにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0107】
また、防音壁を設けた場合を例に説明したが、防音壁を有しない自由音場であっても、上記のように、直線状に配置していない複数のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさや遅延時間を補正することにより、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。例えば、敷地境界線が直線状ではない場合に、敷地境界線に沿ってスピーカを配置したような場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0108】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る騒音低減システムの構成を示す概略図である。
【図2】スピーカを移動させるためのレール及び台車の構成を示す概略図である。
【図3】騒音源の指向性と中心のスピーカを決定する場合とを示すイメージ図である。
【図4】遅延時間を決定する場合を示すイメージ図である。
【図5】騒音源が指向性を持つ場合に得られる相互相関関数を示すグラフである。
【図6】騒音源が指向性を持ち、かつ位相差を有する場合の正弦波と相互相関関数との畳み込み積分によって得られるSi(t)を示すグラフである。
【図7】騒音源の指向性と制御音の指向性との同一を説明するための図である。
【図8】騒音源が複数ある場合における仮想音源の配置を示すイメージ図である。
【図9】複数の騒音源に対応した騒音低減システムの構成を示す概略図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態に係る騒音低減システムの構成を示す概略図である。
【図11】本発明の第3の実施の形態に係る騒音低減システムの防音壁及びスピーカを示す概略図である。
【図12】本発明の第4の実施の形態に係る騒音低減システムの防音壁及びスピーカを示す概略図である。
【図13】本発明の第5の実施の形態に係る騒音低減システムの防音壁及びスピーカを示す概略図である。
【符号の説明】
【0109】
10、210 騒音低減システム
12 スピーカ
14 スピーカユニット
16 制御ブロック
18 センサーマイク
20 マイクアンプ
22 逆フィルタDSP
26 A/D変換器
28 逆フィルタ
30 遅延回路
34 D/A変換器
36 パワーアンプ
38、238 スピーカ近接マイク
40 信号処理部
240 ワイヤ
350、450、550 防音壁
【技術分野】
【0001】
この発明は、騒音低減装置に係り、特に、能動制御により騒音を低減する能動制御型の騒音低減装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、道路交通騒音、鉄道騒音について環境基準が定められており、基準を満たさない道路建設や、基準を満たさない高速車両の運行は認められない。
【0003】
このような背景から防音壁開発が盛んに行われると共に、防音壁からの回折音を能動制御により低減するアクティブ・ノイズ・コントロール(ANC:Active Noise Control)の技術開発が行われている。
【0004】
ANC技術として、点音源を直線状に複数配置して有限長の制御音源を構成し、この制御音源から正面及び斜め方向に制御音を放射して、制御音源の長さ方向の幅の範囲において騒音を低減する騒音低減装置が知られている(特許文献1)。
【特許文献1】特開2006−138130
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、長さLの有限長の制御音源から長さ方向と直角の方向に制御音を放出するため、騒音を低減できる範囲が制御音源の幅Lの範囲に限られてしまうため、騒音源から円状に拡散する騒音を広い範囲で低減することができない、という問題がある。また、騒音源が指向性を有している場合には、対応することができない、という問題がある。
【0006】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる騒音低減装置を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するために第1の発明に係る騒音低減装置は、低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、前記音響信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段とを含んで構成されている。
【0008】
第1の発明に係る騒音低減装置によれば、マイクロホンによって、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力し、生成手段によって、音響信号に基づいて、スピーカユニットから騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する。
【0009】
そして、処理手段によって、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、低減信号を、騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う。
【0010】
また、指向性算出手段によって、音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出する。そして、補正手段によって、指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する。
【0011】
そして、入力手段によって、処理手段で処理された信号を複数のスピーカの各々に入力し、スピーカユニットの複数のスピーカによって、制御音を放音する。このとき、放音された各制御音が合成された音波の波面の包絡面が、騒音の波面に相当すると共に、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるため、制御音によって騒音が低減される。
【0012】
このように、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0013】
第1の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0014】
また、第1の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0015】
また、第1の発明に係る騒音低減装置は、騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段とを更に含むことができる。これにより、騒音源からの騒音が位相差を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0016】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0017】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、マイクロホンによって出力された音響信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0018】
第2の発明に係る騒音低減装置は、低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を出力する振動検出手段と、前記振動信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段とを含んで構成されている。
【0019】
第2の発明に係る騒音低減装置によれば、振動検出手段によって、騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を出力し、生成手段によって、振動信号に基づいて、スピーカユニットから騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する。
【0020】
そして、処理手段によって、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、低減信号を、騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う。
【0021】
また、指向性算出手段によって、音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出する。そして、補正手段によって、指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する。
【0022】
そして、入力手段によって、処理手段で処理された信号を複数のスピーカの各々に入力し、スピーカユニットの複数のスピーカによって、制御音を放音する。このとき、放音された各制御音が合成された音波の波面の包絡面が、騒音の波面に相当すると共に、複数のスピーカから放音される制御音の指向性と騒音源からの騒音の指向性とが同じになるため、制御音によって騒音が低減される。
【0023】
このように、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0024】
第2の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0025】
また、第2の発明に係る騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、指向性算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出することができる。
【0026】
また、第2の発明に係る騒音低減装置は、騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段とを更に含むことができる。これにより、騒音源からの騒音が位相差を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0027】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、複数のスピーカの各々に対する所定位置において、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及びスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0028】
また、この騒音低減装置は、複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、位相差算出手段は、振動検出手段によって出力された振動信号及び複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。これにより、騒音源の振動に対応する振動信号及び騒音源からの騒音に対応する音響信号に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出することができる。
【0029】
また、上記のスピーカユニットの複数のスピーカを、壁上に設けることができる。
【発明の効果】
【0030】
以上説明したように、本発明の騒音低減装置によれば、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、防音壁がない自由音場において、指向性を有する騒音を低減する騒音低減システムに本発明を適用した場合について説明する。
【0032】
図1に示すように、第1の実施の形態に係る騒音低減システム10は、複数のスピーカ12が1列に配列されたスピーカユニット14と、スピーカ12から放音される制御音を制御するための制御ブロック16と、制御ブロック16から出力された信号を増幅して各スピーカ12に入力する複数のパワーアンプ36と、騒音源の近傍に設置され、かつ、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するセンサーマイク18と、音響信号を増幅するマイクアンプ20と、マイクアンプ20から出力される信号に対して、逆フィルタリングをかけて低減信号を生成して制御ブロック16に出力する生成手段としての逆フィルタDSP22と、制御点に設置され、かつ、逆フィルタDSP22にフィードバックするためのエラーマイク24と、各スピーカ12に近接して設けられたスピーカ近接マイク38と、所定の信号処理を行う補正手段としての信号処理部40とを備えている。なお、制御点については、騒音源からの音波が球面波伝播しているため、スピーカユニット14から騒音源と反対側であれば、どこでもよい。また、パワーアンプ36は、本発明の入力手段に相当する。
【0033】
スピーカユニット14では、複数のスピーカ12が直線状に配列されており、スピーカ12は、制御ブロック16によって低減対象となる騒音の周波数帯域の最大周波数以下の周波数帯域の音を放音するように制御される。
【0034】
また、複数のスピーカ12は等間隔で配置され、間隔dは、以下の式で示されるように、騒音の周波数帯域のうち、低減対象となる周波数帯域の最大中心周波数Fmaxの音の波長λの1/2以下とする。
d≦λ/2
【0035】
例えば、Fmax=500kHzの場合、音速cを340m/sとすると、間隔dは0.34mとなる。なお、スピーカ12の間隔dは、λ/2以下であればよく、また、低減対象となる騒音の周波数帯域の最大中心周波数Fmaxがより高い周波数Fmaxhに変化し、間隔dがλmaxh/2(λmaxh=c/Fmaxh)よりも大きくなった場合には、図2に示すように、スピーカ12の配列位置に沿ってレール13を敷設することによってスピーカ移動手段を設けてスピーカの各々を移動可能にし、レール13と各スピーカ12との間に設けた自走用の車輪及び電動モータから構成される台車15によって、周波数Fmaxhに対する間隔dがλmaxh/2以下となるように各スピーカ12を移動させればよい。なお、電動モータ等の機械的手法でなく、手動によってスピーカ12を移動させてもよい。
【0036】
逆フィルタDSP22は、マイクアンプ20から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器26と、フィルタ係数が予め設定された時不変の逆フィルタ28とを備えている。逆フィルタ28のフィルタ係数は、陽解法及びLMS法の何れかによって決定され、A/D変換器26から出力された信号に対して、同振幅かつ逆相の信号を出力する。
【0037】
また、制御ブロック16には、n個のスピーカ12の各々に対して、スピーカ12の配列順序に応じて信号を遅延させる遅延回路30、及びデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器34が複数設けられている。
【0038】
遅延回路30は、スピーカ12の仮想音源が騒音源を中心とした円弧状に配列されるように、スピーカ12に入力する信号を遅延させる。スピーカ12の各々に入力される信号の遅延時間は、信号処理部40によって以下のように決定される。
【0039】
まず、音波情報に基づいて、騒音源の位置を以下のように求める。センサーマイク18とスピーカ近接マイク38(Mi、本例ではi=1、2、・・・9)とに入射する騒音源からの2つ音波x(t)及びy(t)のクロススペクトルΦxy(ω)の逆フーリエ変換である相互相関関数φxy(τ)を求める。
【0040】
相互相関関数φxy(τ)は以下のように表される。時間の関数x(t)、y(t)について自己相関関数は
【0041】
【数1】
と表され、相互相関関数は
【0042】
【数2】
と表される。ここで、φxx(τ)、φxy(τ)をフーリエ変換すると、パワースペクトルは、
【0043】
【数3】
と表され、クロススペクトルは、
【0044】
【数4】
と表される。また、系のインパルス応答をh(t)とし、その伝達関数をH(ω)とすると、
【0045】
【数5】
【0046】
【数6】
となる。また、周波数領域では以下のように表される。
【0047】
【数7】
【0048】
【数8】
【0049】
上記(6)式で表される相互相関関数φxy(τ)は、センサーマイク18を時間軸ゼロ(基点)として、騒音がセンサーマイク18からスピーカ近接マイク38(Miとする)に到達するまでに要する時間Tiである。ここで、スピーカ近接マイク38からセンサーマイク18までの間の距離をdiとし、cを音速とすると、以下の式で表される。
Ti=di/c
【0050】
従って、センサーマイク18からスピーカ近接マイク38までの間の距離diは、di=Ti×cとなるため、スピーカ近接マイク38の各々を円の中心として、半径diの円弧を描いて、円弧が交わる点を騒音源の位置として特定する。
【0051】
なお、Tiの最小時間Tminとなるときのスピーカ近接マイク38の位置が、騒音源に最も近い位置であり、センサーマイク18から最も近いスピーカ近接マイク38までの距離をRとすると、距離Rは、以下の式で表される。
R=Tmin・c
【0052】
そして、図3に示すように、センサーマイク18から最も近いスピーカ12を、仮想配置の円弧状配列スピーカ群の中心スピーカとし、図4に示すように、中心スピーカを基準としたときの遅延時間Δを以下の(9)式により算出する。
【0053】
Δ={(R2+D±i2)1/2−R}/c ・・・(9)
【0054】
騒音源の位置が移動したときには、上記の式に基づいて、各スピーカ12について遅延時間Δを算出し、各スピーカ12に対応する遅延回路30に設定する遅延時間Δを補正する。これにより、遅延回路30の各々は、移動した騒音源とスピーカ12との距離に応じて算出された遅延時間Δだけ信号を遅延させる。
【0055】
また、信号処理部40では、以下のように、スピーカ12から放音される制御音の振幅を補正するための振幅補正Kを算出し、遅延回路30に設定する。スピーカ12が直線配置の場合、仮想配置の円弧に対して実際のスピーカ12は遅延時間Δに相当する距離だけ前方に存在するため、仮想配置の場所にスピーカ12が存在する場合よりも大きな音を制御点に放出する。そこで、制御音の大きさを小さく補正するための補正係数Kiを以下の(10)式により算出する。
【0056】
Ki=Δi×c/R (I=1、2、・・・) ・・・(10)
【0057】
また、信号処理部40は、逆フィルタ28のフィルタ係数W(t)を、例えば陽解法によって、以下のように決定する。
【0058】
まず、騒音源近傍に設置したセンサーマイク18に入る騒音源からの騒音x(t)と騒音源から制御点に到達する騒音ys(t)との相互相関関数hs(t)を測定し、また、センサーマイク18に入る騒音源からの騒音x(t)と逆フィルタをW(t)=δ(t)としてスピーカ12から放音される騒音yc(t)との間の相互相関関数hc(t)を測定する(相互相関法によるインパルスh(t)の測定)。
【0059】
そして、hs(t)、hc(t)の伝達関数をHs(ω)、Hc(ω)として、逆フィルタW(t)を、以下の(11)式によって決定する。
【0060】
【数9】
ここで、F−1は逆フーリエ変換を示す。
【0061】
なお、MLS法によって逆フィルタ28のフィルタ係数を決定する場合には、以下のように決定される。
【0062】
まず、N個のすべてのスピーカ12の後述する指向性補正Diを設定する(騒音源の指向性と制御音源スピーカの指向性を同じにする)。そして、騒音源を稼動させて、騒音源近傍に設置したセンサーマイク18に入るx(t)と制御点に到達する騒音源からの騒音ys(t)とをLMSシステムに入力し、通常のLMS法の動作による自動同定にて、フィルタ係数W(t)を決定する。
【0063】
また、上記図3に示すように、騒音源からの騒音が指向性を持つ場合には、指向性補正係数Diは、以下のように求められ、各スピーカ12からの制御音の大きさを補正するように、各遅延回路30に設定される。音源(例えば、変圧器50Hz正弦波放出)が複数台あり、それら複数の音源からの音波が相互干渉して伝播する場合や、音源の周囲に建物などの反射物体が存在し、音源からの音波と反射物体からの反射波が相互干渉しながら伝播する場合には、騒音源からの騒音に指向性が生じ、相互相関関数は、各スピーカ近接マイク38に入射する音の大きさに比例して、すなわち騒音減の指向性を反映して、振幅(パワー)が異なる。例えば、図5に示すように、M8、M9の振幅は大きく、M1、M2は小さくなるのは騒音源の指向性の結果である。スピーカ12から放音する制御音の大きさを騒音源の指向性と同じにすれば、騒音源が指向性を持つ場合でも対応できる。
【0064】
そこで、指向性補正係数Diは、円弧状配置スピーカの中心スピーカ12に近接するスピーカ近接マイク38(M6)に入射するy(t)とセンサーマイク18に入射するx(t)との相互相関関数φM6xy(τ)を基準として、以下の(12)式により算出される。
【0065】
【数10】
【0066】
なお、騒音源が位相差Δtsiを持つ場合には、指向性補正Dpiが以下のように求められ、遅延時間を補正するように各遅延回路30に設定される。音源が発生する騒音は、一般的には広帯域周波数成分を持っているため、騒音源が指向性を持っていても大きな位相差は生じないのが一般的と考えられる。しかし、音源が複数台あって複雑であることと騒音の建物反射とにより、複雑な指向性が生じている場合には、位相差が変化するため、位相差を補正しなければならない。
【0067】
そこで、騒音源が指向性を持ち、かつ位相差Δtsiを持つ場合は、まず、スピーカ近接マイク38(Mi)に入射するyi(t)とセンサーマイク18に入射するx(t)との相互相関関数φMixy(τ)を求める。
【0068】
そして、騒音源からの騒音の主要周波数帯域に含まれる周波数fHz(例えば、主要周波数帯域が1/3オクターブ・バンド中心周波数250Hzである場合、f=250Hzとする)の正弦波x(t)と相互相関関数φMixy(τ)との畳み込み積分によって、以下の(13)式のように、Si(t)を求める。
【0069】
【数11】
【0070】
そして、図6のように、最も早い時間から始まる(M9)の正弦波を基準(Δts=0遅れ時間ゼロ)として、各スピーカ近接マイク38に入射する騒音の位相差Δtsiを求める。
【0071】
そして、Δtsiの情報を、位相による遅延として、上述した遅延時間を算出する式のΔに加算する。すなわち、以下の(14)式によって表される。
【0072】
Δi=((R2+Di2)1/2−R)/c+Δtsi ・・・(14)
【0073】
次に、第1の実施の形態に係る騒音低減システム10の動作について説明する。まず、騒音源から放射された騒音は、センサーマイク18で集音され、マイクアンプ20で音響信号が増幅されて、逆フィルタDSP22に入力される。そして、逆フィルタDSP22の逆フィルタ28は、A/D変換器26から入力されたデジタル信号と、設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。
【0074】
このとき、逆フィルタ28を通すことで、信号の波形が整形されると共に時間移動され、入力信号を逆相にした低減信号が生成されるため、低減信号に基づいてスピーカ12から放音された制御音により、減音効果を得ることができる。
【0075】
逆フィルタ28でフィルタリング処理された低減信号は、各遅延回路30に入力され、各遅延回路30では、対応するスピーカ12の配列順序に応じて各々設定された遅延時間だけ信号を遅延させる。遅延した信号は、D/A変換器34に入力され、D/A変換されて、パワーアンプ36を介して、スピーカユニット14に出力される。そして、フィルタリング処理された信号に対応する音波、即ち、騒音の逆相波である低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の全周波数帯域の音波が、制御音としてスピーカユニット14の各スピーカ12から制御点に向けて放音される。
【0076】
騒音源からの騒音が指向性を有する場合には、信号処理部40によって、センサーマイク18及びスピーカ近接マイク38の音波情報に基づいて、騒音源からの騒音の指向性を算出し、算出された指向性に応じて、指向性補正係数を各スピーカ12について算出して、各遅延回路30に指向性補正係数を設定し、指向性補正係数に応じて制御音の大きさを補正するように、低減信号の振幅を補正する。
【0077】
また、騒音源からの騒音が位相差を有する場合には、信号処理部40によって、センサーマイク18及びスピーカ近接マイク38の音波情報に基づいて、騒音源からの騒音の位相差を算出し、算出された位相差に応じて、各遅延回路30に設定する遅延時間を各スピーカ12について算出して、各遅延回路30に設定する遅延時間を、算出した遅延時間に変更する。
【0078】
そして、逆フィルタ28でフィルタリング処理された低減信号が、各遅延回路30で、各々補正された遅延時間だけ信号を遅延され、遅延した信号に基づいて、スピーカユニット14の各スピーカ12から、騒音の逆相波である低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の全周波数帯域の音波が、制御音として制御点に向けて放音される。
【0079】
騒音源からの騒音に指向性がある場合には、各スピーカ12から放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになっている。また、騒音源からの騒音に位相差がある場合には、制御音は騒音の位相差に応じて遅延するため、騒音源から位相差を持って拡散する騒音に対応した制御音を放音し、各スピーカ12から放音された制御音が合成され、合成された音波の波面の包絡面が、騒音の波面に相当し、また、制御音が、騒音の逆相となっている。
【0080】
ここで、各スピーカ12から放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになることについて、実際上の意味を明確にする。騒音源の指向性(もしくは位相差)がある場合、ここでは、指向性の原因が、図7に示すように、工場建物A、B、Cの3つの建物の外壁による反射である場合を考える。
【0081】
まず、制御の対象である騒音源が発生する騒音の周波数特性並びに音圧レベルが定常である場合は、図7において、右上斜め方向の矢印と楕円で示す指向性(もしくは位相差)は、時間的に一定、すなわち、時々刻々変化するものではなく定常的である。このとき、騒音源の指向性(もしくは位相差)は、センサーマイク18によって集音される騒音源から発生した騒音x(t)と各スピーカ近接マイク38に入射する騒音y(t)との相互相関関数の逆フーリエ変換Φxy(τ)から求められるが、x(t)とy(t)とは「制御対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の周波数の全帯域」の成分を含んでいる。
【0082】
従って、算出される指向性(もしくは位相差)は、この周波数帯域における騒音の周波数特性に依存するものの、各スピーカ近接マイク38の間隔dを、制御する最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下として、かつ「制御対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数以下の周波数の全帯域」のΦxy(τ)の情報を用いて、指向性(もしくは位相差)を求めている。すなわち、完璧ではないものの工学的には最適な方法で騒音源の指向性(もしくは位相差)が求められていると考えられる。
【0083】
以上より、複数のスピーカから放音される制御音の指向性(もしくは位相差)と騒音源からの騒音の指向性(もしくは位相差)とが同じになるように制御音の大きさを制御するとは、上記のように、工学的に最適な方法で騒音源の指向性(もしくは位相差)を算出し、複数のスピーカから放音される制御音の指向性(もしくは位相差)と、算出された騒音源の指向性(もしくは位相差)とが同じになるように制御音の大きさを制御する、という意味である。
【0084】
なお、制御の対象である騒音源が発生する騒音の周波数特性並びに音圧レベルが非定常である場合は、指向性(もしくは位相差)は時々刻々変化するため、これに対応して指向性(もしくは位相差)補正を追随させて制御すればよい。
【0085】
従って、騒音源からの騒音が指向性を有しており、かつ、位相差があっても、制御点を含む広い範囲で、騒音源からの騒音が、スピーカ12からの制御音により打ち消される。また、図8に示すように、2つの音源が在る場合でも同様であり、スピーカ12は2つの円弧として働くことを示している。なお、騒音源が2つの場合は、図9に示すように、センサーマイク18A、18B、マイクアンプ20A、20B、逆フィルタDSP22A、22B、及び遅延回路30A、30Bが、騒音源毎に設けられている。また、複数の騒音源の各々に対する遅延回路30A、30Bの各々からの出力が、加算機能を有する各D/A変換器34に出力され、各パワーアンプ36を介して、スピーカユニット14のスピーカ12から制御音が放音される。
【0086】
以上説明したように、第1の実施の形態に係る騒音低減システムによれば、騒音源の指向性に基づいて、複数のスピーカから放音された制御音の指向性と騒音の指向性とが同じになるように、制御音の大きさを補正すると共に、低減信号に基づいて複数のスピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、各スピーカに入力する低減信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源からの騒音が指向性を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0087】
また、騒音源からの騒音の位相差に基づいて、スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が騒音の波面に相当するように、低減信号を遅延させる時間を補正することにより、騒音源からの騒音が位相差を有している場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0088】
また、騒音源が複数ある場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0089】
また、自由音場用、すなわち防音壁がない場合でも能動制御を行い、騒音を低減することができる。
【0090】
なお、上記の実施の形態では、複数のスピーカを直線状に配列する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、円弧状に配列してもよい。この場合にも、各スピーカに対して、騒音源とスピーカとの距離に基づいて、遅延時間を決定して遅延回路に設定し、騒音源に対する円弧上にスピーカの仮想音源が配置されるようにすればよい。
【0091】
次に、第2の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0092】
第2の実施の形態では、スピーカ近接マイクを1つだけ設けている点が第1の実施の形態と異なっている。
【0093】
図10に示すように、第2の実施の形態に係る騒音低減システム210では、スピーカユニット14の複数のスピーカ12の配列方向に沿って、ワイヤ240を設け、ワイヤにスピーカ近接マイク238を吊るすことによって、スピーカ近接マイクを移動可能としている。
【0094】
騒音源の位置を特定する場合には、スピーカ近接マイク238を複数のスピーカ12の各々に近接した所定位置に移動させながら、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を信号処理部40に出力する。
【0095】
このように、スピーカ近接マイクが1つだけで済むため、低コストで騒音低減システムを構成することができる。
【0096】
次に、第3の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0097】
図11に示すように、第3の実施の形態に係る騒音低減システムには、防音壁350が設けられており、スピーカユニット14の複数のスピーカ12が、防音壁350上に設置されている。
【0098】
このように、防音壁を有する場合でも、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。また、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、防音壁上のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさを補正すると共に、遅延時間を補正することにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0099】
なお、上記の第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、センサーマイクを用いて、騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を、マイクアンプを介して逆フィルタDSPに出力する場合を例に説明したが、騒音源の振動を検出する振動検出器を用いてもよい。この場合には、振動検出器を用いて、騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を、マイクアンプを介して逆フィルタDSPに出力し、逆フィルタDSPにおいて、振動信号に逆フィルタリングをかけて低減信号を生成するようにすればよい。
【0100】
次に、第4の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0101】
図12に示すように、第4の実施の形態に係る騒音低減システムには、角度θで折れ曲がっている防音壁450が設けられており、スピーカユニット14の複数のスピーカ12が、防音壁450上に設置されている。
【0102】
このように、折れ曲がっている防音壁を有する場合でも、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。また、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、防音壁上のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさを補正すると共に、遅延時間を補正することにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0103】
次に、第5の実施の形態に係る騒音低減システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
【0104】
図13に示すように、第5の実施の形態に係る騒音低減システムには、2段の直線になって延びている防音壁550が設けられており、スピーカユニット14の複数のスピーカ12が、防音壁550上に設置されている。
【0105】
このように、2段の直線となっている防音壁を有する場合でも、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。また、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、防音壁上のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさを補正すると共に、遅延時間を補正することにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0106】
なお、スピーカが壁上に配置されている防音壁が騒音源と反対側を中心とする曲線状であってもよい。この場合にも、低減信号を遅延させることにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【0107】
また、防音壁を設けた場合を例に説明したが、防音壁を有しない自由音場であっても、上記のように、直線状に配置していない複数のスピーカを移動させずに、各遅延回路に設定される制御音の大きさや遅延時間を補正することにより、騒音源からの騒音が指向性を有し、また、騒音が位相差を有していても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。例えば、敷地境界線が直線状ではない場合に、敷地境界線に沿ってスピーカを配置したような場合であっても、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0108】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る騒音低減システムの構成を示す概略図である。
【図2】スピーカを移動させるためのレール及び台車の構成を示す概略図である。
【図3】騒音源の指向性と中心のスピーカを決定する場合とを示すイメージ図である。
【図4】遅延時間を決定する場合を示すイメージ図である。
【図5】騒音源が指向性を持つ場合に得られる相互相関関数を示すグラフである。
【図6】騒音源が指向性を持ち、かつ位相差を有する場合の正弦波と相互相関関数との畳み込み積分によって得られるSi(t)を示すグラフである。
【図7】騒音源の指向性と制御音の指向性との同一を説明するための図である。
【図8】騒音源が複数ある場合における仮想音源の配置を示すイメージ図である。
【図9】複数の騒音源に対応した騒音低減システムの構成を示す概略図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態に係る騒音低減システムの構成を示す概略図である。
【図11】本発明の第3の実施の形態に係る騒音低減システムの防音壁及びスピーカを示す概略図である。
【図12】本発明の第4の実施の形態に係る騒音低減システムの防音壁及びスピーカを示す概略図である。
【図13】本発明の第5の実施の形態に係る騒音低減システムの防音壁及びスピーカを示す概略図である。
【符号の説明】
【0109】
10、210 騒音低減システム
12 スピーカ
14 スピーカユニット
16 制御ブロック
18 センサーマイク
20 マイクアンプ
22 逆フィルタDSP
26 A/D変換器
28 逆フィルタ
30 遅延回路
34 D/A変換器
36 パワーアンプ
38、238 スピーカ近接マイク
40 信号処理部
240 ワイヤ
350、450、550 防音壁
【特許請求の範囲】
【請求項1】
低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、
騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、
前記音響信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、
前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、
前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、
前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、
前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段と、
を含む騒音低減装置。
【請求項2】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項1記載の騒音低減装置。
【請求項3】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項1記載の騒音低減装置。
【請求項4】
前記騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段と、
を更に含む請求項1〜請求項3の何れか1項記載の騒音低減装置。
【請求項5】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項4記載の騒音低減装置。
【請求項6】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項4記載の騒音低減装置。
【請求項7】
低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、
騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を出力する振動検出手段と、
前記振動信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、
前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、
前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、
前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、
前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段と、
を含む騒音低減装置。
【請求項8】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項7記載の騒音低減装置。
【請求項9】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項7記載の騒音低減装置。
【請求項10】
前記騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段と、
を更に含む請求項7〜請求項9の何れか1項記載の騒音低減装置。
【請求項11】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項10記載の騒音低減装置。
【請求項12】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項10記載の騒音低減装置。
【請求項13】
前記スピーカユニットの複数のスピーカを、壁上に設けた請求項1〜請求項12の何れか1項記載の騒音低減装置。
【請求項1】
低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、
騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、
前記音響信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、
前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、
前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、
前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、
前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段と、
を含む騒音低減装置。
【請求項2】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項1記載の騒音低減装置。
【請求項3】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項1記載の騒音低減装置。
【請求項4】
前記騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段と、
を更に含む請求項1〜請求項3の何れか1項記載の騒音低減装置。
【請求項5】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項4記載の騒音低減装置。
【請求項6】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記マイクロホンによって出力された音響信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項4記載の騒音低減装置。
【請求項7】
低減対象となる騒音の周波数帯域における最大周波数に対応する波長の1/2に相当する長さ以下の間隔で配列された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、
騒音源の振動を検出し、検出した振動に対応する振動信号を出力する振動検出手段と、
前記振動信号に基づいて、前記スピーカユニットから前記騒音源と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、
前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記低減信号を、前記騒音源と遅延させた低減信号に基づいた制御音を放音する前記複数のスピーカとの距離の各々に応じた時間だけ各々遅延させる処理を行う処理手段と、
前記処理手段で処理された信号を前記複数のスピーカの各々に入力する入力手段と、
前記騒音源からの騒音の指向性を算出する指向性算出手段と、
前記指向性算出手段によって算出された指向性に基づいて、前記複数のスピーカから放音される制御音の指向性と前記騒音源からの騒音の指向性とが同じになるように、前記複数のスピーカの各々から放音される制御音の大きさを補正する補正手段と、
を含む騒音低減装置。
【請求項8】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項7記載の騒音低減装置。
【請求項9】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記指向性算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の指向性を算出する請求項7記載の騒音低減装置。
【請求項10】
前記騒音源からの騒音の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段によって算出された位相差に基づいて、前記スピーカから放音された制御音の波面の包絡面が前記騒音の波面に相当するように、前記処理手段によって遅延される時間を補正する遅延時間補正手段と、
を更に含む請求項7〜請求項9の何れか1項記載の騒音低減装置。
【請求項11】
前記複数のスピーカの配列方向に沿って移動可能であって、かつ、前記複数のスピーカの各々に対する所定位置において、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記スピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項10記載の騒音低減装置。
【請求項12】
前記複数のスピーカの各々に対応して、対応するスピーカに対する所定位置に設置され、かつ、前記騒音源からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する複数のスピーカ対応マイクロホンを更に含み、
前記位相差算出手段は、前記振動検出手段によって出力された振動信号及び前記複数のスピーカ対応マイクロホンによって出力された音響信号に基づいて、前記騒音源からの騒音の位相差を算出する請求項10記載の騒音低減装置。
【請求項13】
前記スピーカユニットの複数のスピーカを、壁上に設けた請求項1〜請求項12の何れか1項記載の騒音低減装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2008−179979(P2008−179979A)
【公開日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−14038(P2007−14038)
【出願日】平成19年1月24日(2007.1.24)
【出願人】(000003621)株式会社竹中工務店 (1,669)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年1月24日(2007.1.24)
【出願人】(000003621)株式会社竹中工務店 (1,669)
【Fターム(参考)】
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