騒音低減装置
【課題】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】騒音源から放射された騒音は、センサーマイクで集音されて音響信号が生成され、マイクアンプで増幅されて、逆フィルタＤＳＰによって、騒音を低減させるための低減信号が生成される。そして、低減信号は、各遅延回路に入力され、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遅延させ、遅延した信号は、Ｄ／Ａ変換器及びパワーアンプを介して、スピーカユニットに出力される。そして、騒音の逆相波である音波が、制御音としてスピーカユニットの各スピーカ１２から制御点に向けて放音され、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】騒音源から放射された騒音は、センサーマイクで集音されて音響信号が生成され、マイクアンプで増幅されて、逆フィルタＤＳＰによって、騒音を低減させるための低減信号が生成される。そして、低減信号は、各遅延回路に入力され、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遅延させ、遅延した信号は、Ｄ／Ａ変換器及びパワーアンプを介して、スピーカユニットに出力される。そして、騒音の逆相波である音波が、制御音としてスピーカユニットの各スピーカ１２から制御点に向けて放音され、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３８１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、騒音を低減できる範囲が制御音源の長さ方向の幅の範囲に限られてしまうため、騒音源から球面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。
【０００７】
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。さらに、アクティブ・ノイズ・コントロールＡＮＣが効果的に使用出来るとされる低周波数の騒音低減を効果的に実施するための制御音源スピーカ（２次音源）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】
【０００８】
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に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、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を含んで構成されている。
【０００９】
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。
【００１０】
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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、スピーカの各々について遅延時間が大きいほどスピーカから放音される制御音の大きさが小さくなるように補正する。
【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ため、制御音によって騒音が低減される。
【００１２】
このように、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、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【００１３】
第２の発明に係る騒音低減装置は、低減対象となる騒音に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、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を含んで構成されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、スピーカの各々について遅延時間が大きいほどスピーカから放音される制御音の大きさが小さくなるように補正する。
【００１６】
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ため、制御音によって騒音が低減される。
【００１７】
このように、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、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【００１８】
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】
【００１９】
以上説明したように、本発明の騒音低減装置によれば、低減信号に基づいて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、複数のスピーカから制御音を放音させることにより、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、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】中心のスピーカを決定する場合を示すイメージ図である。
【図３】遅延時間を決定する場合を示すイメージ図である。
【図４】複数のスピーカの各々から放音される制御音の周波数帯域の中心周波数を示す図である。
【図５】中心周波数及び周波数帯域を示す表である。
【図６】フレネル輪帯を説明するための図である。
【図７】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８】本発明の第３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９】本発明の第４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１０】本発明の第６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１１】本発明の第７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８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９の実施の形態に係る騒音低減システムのスピーカユニットの配置を示す概略図である。
【図１４】スピーカを等間隔に配置したスピーカユニットの配置を示す概略図である。
【図１５】本発明の第９の実施の形態に係る騒音低減システムのスピーカユニットと等間隔スピーカによるスピーカユニットとの周波数特性を示すグラフである。
【図１６】２つの点音源による指向性を説明するためのイメージ図である。
【図１７】本発明の第１０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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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け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。
【００２２】
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、所定の信号処理を行う信号処理部４０とを備えている。陽解法制御の場合、エラーマイク２４は逆フィルタを決定するために、インパルス応答を計測する時に必要となるが、制御時は不要であることを明記しておく。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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低減対象となる騒音の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
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。
【００２５】
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、スピーカ１２の配列位置に沿ってレール（図示省略）等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、手動もしくは機械的方法（例えば、電動モータなどによる個々のスピーカ移動）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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、制御ブロック１６には、所定の周波数帯域の信号を通過させるようにフィルタリングを行うバンドパスフィルタ３２をｎ個のスピーカ１２毎に備えたフィルタ群３３が設けられており、また、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。
【００２８】
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。
【００２９】
まず、図２に示すように、目視と図面による確認とで、騒音源の位置を特定して、円弧状配列スピーカの半径Ｒを決定すると共に、騒音源から円弧状配列スピーカ群の中心スピーカまでの距離である半径Ｒを決定する。
【００３０】
そして、図３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を以下の式により算出する。
Δ＝｛（Ｒ２＋Ｄ±ｉ２）１/２−Ｒ｝／ｃ ・・・（１）
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に遅延時間Δを設定する。これにより、遅延回路３０の各々は、算出された遅延時間Δだけ信号を遅延させる。
【００３１】
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係数Ｋi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を以下の式により算出する。
Ｋｉ＝Ｒ／(Δｉ×ｃ＋Ｒ） （ｉ＝１、２、・・・) ・・・（２）
また、各バンドパスフィルタ３２は、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタと、信号の周波数帯域の複数の中心周波数を大きい順に１つずつ個数を増加させて中心周波数の周波数帯域を組み合わせた複数のグループの各々に含まれる周波数帯域の信号を各々通過させるフィルタとの何れかで構成されている。例えば、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタ、入力される信号から、最大の中心周波数２ｎ−１ｆ（例えば、４ｆ＝２５０Ｈｚ）の周波数帯域のみが含まれる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数２ｎ−１ｆ（２５０Ｈｚ）の周波数帯域及び２番目に大きい中心周波数２ｎ−２ｆ（例えば、２ｆ＝１２５Ｈｚ）の周波数帯域が含まれる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、及び最大の中心周波数２ｎ−１ｆ（２５０Ｈｚ）の周波数帯域、２番目に大きい中心周波数２ｎ−２ｆ（１２５Ｈｚ）の周波数帯域、及び３番目に大きい中心周波数２ｎ−３ｆ（例えば、ｆ＝６３Ｈｚ）の周波数帯域が含まれる第３グループの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタの何れかで構成されている。
【００３２】
また、フィルタ群３３には、図４に示すように、中心のスピーカ１２から全周波数帯域の制御音を放音するように、対応するバンドパスフィルタ３２として、全周波数の信号を通過させるフィルタが配置される。
【００３３】
また、その他のスピーカ１２について、第１グループ〜第３グループの何れかの周波数帯域に含まれる最小中心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となる位置に存在するスピーカ１２から、第１グループ〜第３グループの何れかの周波数帯域の制御音が放音されるように、対応するバンドパスフィルタ３２として、第１のフィルタ〜第３のフィルタの何れかが配置され、スピーカ１２に第１グループ〜第３グループの何れかに含まれる周波数帯域の信号が入力される。
【００３４】
例えば、中心のスピーカ１２から、２５０Ｈｚの波長の１／２である０．６６ｍ隔てた位置に存在するスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、最小中心周波数が２５０Ｈｚとなる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタが配置される。また、中心のスピーカ１２から、１２５Ｈｚの波長の１／２である１．３２ｍ隔てた位置に存在するスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、最小中心周波数が１２５Ｈｚとなる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタが配置される。また、中心のスピーカ１２から、６３Ｈｚの波長の１／２である２．６４ｍ隔てた位置に存在するスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、最小中心周波数が６３Ｈｚとなる第３グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタが配置される。
【００３５】
ここで、中心周波数について説明する。周波数分析器として一定比周波数分析器があり、一定比（Δｆ／ｆ）の周波数分析器は、Δｆの幅によって狭帯域１／３オクターブ、１／１オクターブ分析器などがある。騒音、振動などの分析に用いられるのは、１／３オクターブ、あるいは１／１オクターブ分析器であり、国際規格が決められている（ＩＥＣ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ２２５、Ｏｃｔａｖｅ、ｈａｌｆ−ｏｃｔａｖｅ ａｎｄ ｔｈｉｒｄ ｏｃｔａｖｅ ｆｉｌｔｅｒｓ、１９９６）。その中心周波数は、図５のように決められており、最小の中心周波数をｆとすると、全ての中心周波数は、２ｎ−１ｆ（ｎは自然数）である。
【００３６】
１／１オクターブ分析器では、周波数帯域の上限周波数をｆ１、下限周波数をｆ２、中心周波数をｆ０とすると、以下の式によって表される。
ｆ０＝（ｆ１×ｆ２）１／２
ｆ１＝２−１／２×ｆ０
ｆ２＝２１／２×ｆ０
また、帯域幅が以下のように表される。
ｆ２／ｆ１＝（２１／２×ｆ０）／（２−１／２×ｆ０）＝２１／１
なお、１／３オクターブ分析器の場合には、以下のように表される。
ｆ０＝（ｆ１×ｆ２）１／２
ｆ１＝２−１／６×ｆ０
ｆ２＝２１／６×ｆ０
ｆ２／ｆ１＝（２１／６×ｆ０）／（２−１／６×ｆ０）＝２１／３
また、１／ｎオクターブ分析器の場合には、以下のように表される。
ｆ０＝（ｆ１×ｆ２）１／２
ｆ１＝２−１／２ｎ×ｆ０
ｆ２＝２１／２ｎ×ｆ０
ｆ２／ｆ１＝（２１／２ｎ×ｆ０）／（２−１／２ｎ×ｆ０）＝２１／ｎ
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。
【００３７】
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）。
【００３８】
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、以下の式によって決定する。
【００３９】
【数１】
ここで、Ｆ−１は逆フーリエ変換を示す。
【００４０】
次に、フレネル輪帯について説明する。図６に示すように、１次波形上の全ての点は、球面状の２次小波の連続的な放射源と考えられ、２次放射の方向性を記述するために、傾斜因子（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）Ｋ（θ）を導入すると、Ｋ（θ）は以下の式で与えられる。
【００４１】
【数２】
ここで、θは、音源Ｓから観測点Ｐへのベクトルと１次波面に垂直なベクトルｋとのなす角度である。また、音源ＳからＰへの直接波は、以下の式で表される。
【００４２】
【数３】
一方、２次小波から合成される波動は、各フレネル輪帯からの寄与の合計であるため、以下の式で表される。
【００４３】
【数４】
ここで、上記（５）式と（６）式とは完全に等価でなければならない。また、輪帯Ｋ１に対してθ＝０となるため、Ｋ１＝１となる。従って、以下の式が与えられる。
【００４４】
【数５】
ここで、εＡは、半径ρの１次波面上における単位面積あたりの２次小波の強度であり、また、ε０／ρは１次波面上における単位面積あたりの１次波の強度である。従って、２次小波の発生源の強度は、１次波の強度の１／λとなる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、バンドパスフィルタ３２に入力され、所定の周波数帯域の信号のみが通過し、通過した信号は、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、騒音の逆相波であり、かつ、所定の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。
【００４８】
このとき、制御音は、騒音源を中心とする円弧上に配列された仮想音源から放音されるため、騒音源から円状に拡散する騒音に対応した円弧状に制御音を放音し、各スピーカ１２から放音された制御音が合成され、合成された音波が球面音波となる。この波面の包絡面は騒音源からの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。
【００４９】
また、本実施の形態では、６３Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が３個、１２５Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が５個、２５０Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が９個であり、円弧上に配置された各仮想音源の強さがほぼ１／λとなるため、フレネル輪帯における２次音源の理論を応用することができる。
【００５０】
従って、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。
【００５１】
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、逆フィルタリング処理された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ための逆フィルタリング処理された信号を遅延させると共に、中心周波数の周波数帯域を組み合わせたグループの各々に含まれる周波数帯域の制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【００５２】
また、フレネル輪帯の原理を応用して、騒音源からの球面波伝播する音波に対して、球面音波として制御音を複数のスピーカから放音するため、近距離音場（Ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ）の音場制御を行って、騒音を低減することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、従来の直線配置の線音源からの正面方向制御及び斜め方向に比べて、５ｄＢ以上の騒音低下に効果が得られる領域が大幅に広くなる。
【００５５】
また、所定の中心周波数グループの周波数帯域の制御音を、所定間隔に配置したスピーカから放音させればよいため、スピーカの数を削減することができる。
【００５６】
なお、上記の実施の形態では、スピーカを等間隔で配置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、周波数毎に異なるλに比例する間隔でスピーカ２ｎ＋１個を配列してもよい。この場合には、従来の等間隔直線配置の線音源のスピーカ個数よりも大幅にスピーカ数を削減することができる。
【００５７】
また、制御ブロックにおいて、遅延回路で遅延させた信号をバンドパスフィルタに入力する場合を例に説明したが、バンドパスフィルタでフィルタをかけた信号を遅延回路に入力するようにしてもよい。
【００５８】
また、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。
【００５９】
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。
【００６０】
第２の実施の形態では、音波情報に基づいて、騒音源の位置を特定している点が第１の実施の形態と異なっている。
【００６１】
図７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。
【００６２】
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。
【００６３】
次に、信号処理部４０において、騒音源の位置を特定する処理について説明する。まず、音波情報に基づいて、センサーマイク１８と各スピーカ１２に近接した位置（Ｍｉとする）におけるスピーカ近接マイク２３８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。
【００６４】
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
【００６５】
【数６】
と表され、相互相関関数は
【００６６】
【数７】
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、
【００６７】
【数８】
と表され、クロススペクトルは、
【００６８】
【数９】
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、
【００６９】
【数１０】
【００７０】
【数１１】
となる。また、周波数領域では以下のように表される。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
【数１３】
上記の相互相関関数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
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。
【００７３】
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
そして、第１の実施の形態と同様に、中心スピーカを基準としたときの遅延時間を算出して、遅延回路３０に設定すればよい。
【００７４】
なお、上記の実施の形態では、スピーカ近接マイクを一つだけ設けた場合を例に説明したが、複数のスピーカ近接マイクを設けてもよい。この場合には、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近接位置にスピーカ近接マイクを固定的に設置し、各スピーカ近接マイクによって、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信号処理部に出力するようにすればよい。
【００７５】
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。
【００７６】
第３の実施の形態では、制御ブロックにおいて、遅延回路及びバンドパスフィルタが、スピーカ毎ではなく、遅延時間及び通過させる周波数帯域の種類の組み合わせ毎に設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００７７】
図８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３１０では、スピーカユニット１４の二等分線上付近に騒音源が位置し、スピーカユニット１４の中心にあるスピーカ１２が、騒音源に一番近い場所に位置している。
【００７８】
制御ブロック３１６の遅延回路３０では、中心にあるスピーカ１２でスピーカユニット１４を分割した場合の一方に位置するスピーカ１２の各々について、第１の実施の形態で説明した方法と同様に、中心にあるスピーカ１２を基準として、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に遅延時間Δを設定する。
【００７９】
また、フィルタ群３３３の各バンドパスフィルタ３２は、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域のみが含まれる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域及び２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域が含まれる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、及び最大の中心周波数４ｆの周波数帯域、２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域、及び３番目に大きい中心周波数ｆの周波数帯域が含まれる第３グループの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタの何れかから構成されている。
【００８０】
中心のスピーカ１２に対するバンドパスフィルタ３２は、全周波数の信号を通過させるフィルタから構成され、その他のスピーカ１２に対するバンドパスフィルタ３２は、中心のスピーカ１２に対して左右対称に２つのスピーカ１２に接続されるように配線され、これらのバンドパスフィルタ３２は、各フィルタが通過させる周波数帯域の信号が、周波数帯域に含まれる最小中心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となる位置に存在するスピーカ１２の各々に入力されるように、第１のフィルタ〜第３のフィルタが配置されている。
【００８１】
例えば、中心のスピーカ１２の隣のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、最大中心周波数４ｆの周波数帯域の信号を通過させる第１のフィルタで構成され、更に隣のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、中心周波数４ｆの周波数帯域及び中心周波数２ｆの周波数帯域の信号を通過させる第２のフィルタで構成され、更に隣のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、中心周波数４ｆの周波数帯域の信号を通過させる第１のフィルタで構成され、更に隣にスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、中心周波数４ｆ、２ｆ、ｆの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタで構成されている。
【００８２】
なお、騒音低減システム３１０の動作については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
このように、遅延時間及びバンドパスフィルタの周波数帯域のグループの組み合わせ毎に、左右対称となるようにスピーカに対応させて遅延回路及びバンドパスフィルタを接続することにより、遅延回路及びバンドパスフィルタの数を削減することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００８４】
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の実施の形態及び第３の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
第４の実施の形態では、スピーカユニットのスピーカが、直線ではなく、円弧状に配列されている点と、スピーカに入力する低減信号を遅延させていない点とが第３の実施の形態と異なっている。
【００８６】
図９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４１０は、複数のスピーカ１２が円弧状に配列されたスピーカユニット４１４と、スピーカ１２から放音させる制御音を制御するための制御ブロック４１６、複数のパワーアンプ３６、センサーマイク１８と、マイクアンプ２０と、逆フィルタＤＳＰ２２とを備えている。
【００８７】
スピーカユニット４１４の複数のスピーカ１２は、最大中心周波数２ｎ−１ｆに対応する波長の１／２に相当する間隔で、等間隔に配置され、また、騒音源の位置を曲率中心とする円弧状に配置されている。なお、騒音源は、スピーカユニット４１４の曲率中心の位置に限定されるものではなく、曲率中心近傍の所定範囲内の領域に位置していればよい。
【００８８】
制御ブロック４１６には、ｎ個のスピーカ１２の各々に対して、Ｄ／Ａ変換器３４が複数設けられ、また、逆フィルタ２８から出力された信号に対して、所定の周波数帯域の信号を通過させるようにフィルタリングを行うバンドパスフィルタ３２を複数備えたフィルタ群４３３が設けられている。
【００８９】
フィルタ群４３３には、中心のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタが設けられ、また、その他のバンドパスフィルタ３２として、中心のスピーカ１２に対して左右対称に２つのスピーカ１２に接続される複数のフィルタが設けられている。
【００９０】
左右対称に２つのスピーカ１２に接続されるバンドパスフィルタ３２は、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域のみが含まれる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域及び２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域が含まれる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、及び最大の中心周波数４ｆの周波数帯域、２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域、及び３番目に大きい中心周波数ｆの周波数帯域が含まれる第３グループの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタの何れかから構成されている。また、左右対称にスピーカ１２に接続されるバンドパスフィルタ３２として、各フィルタが通過させる周波数帯域の信号が、周波数帯域に含まれる最小中心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となる位置に存在するスピーカ１２の各々に入力されるように、第１のフィルタ〜第３のフィルタが配置されている。
【００９１】
次に第４の実施の形態に係る騒音低減システム４１０の動作について説明する。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で増幅されて、逆フィルタＤＳＰ２２に入力される。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。
【００９２】
そして、逆フィルタ２８でフィルタリング処理された信号は、フィルタ群４３３の各バンドパスフィルタ３２に入力され、所定の周波数帯域の信号のみが通過し、通過した信号の各々は、接続されている１つ又は２つの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３１４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、騒音の逆相波が、制御音としてスピーカユニット３１４の各スピーカ１２から制御点に向けて放音される。
【００９３】
このとき、制御音は、騒音源を曲率中心とする円弧状に配列されたスピーカ１２から放音されるため、騒音源から円状に拡散する騒音に対応した円弧状に制御音を放音し、各スピーカ１２から放音された制御音が合成され、合成された音波が球面音波となる。この波面の包絡面は騒音源からの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。
【００９４】
また、本実施の形態では、６３Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が３個、１２５Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が５個、２５０Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が９個であり、円弧状に配置された各スピーカ１２の強さがほぼ１／λとなるため、フレネル輪帯における２次音源の理論を応用することができる。
【００９５】
従って、制御点を含む広い範囲で、騒音源からの騒音が、スピーカユニット４１４のスピーカ１２からの制御音により打ち消される
以上説明したように、第４の実施の形態に係る騒音低減システムによれば、逆フィルタリング処理された信号に基づいて中心周波数の周波数帯域を組み合わせたグループの各々に含まれる周波数帯域の制御音を、騒音源を中心とする円弧状に配列された各スピーカに放音させることにより、逆フィルタリング処理された信号に基づいて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ため、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。
【００９６】
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っている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００９７】
第５の実施の形態では、騒音源が複数となっている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００９８】
第５の実施の形態に係る騒音低減システムでは、センサーマイク１８、マイクアンプ２０、逆フィルタＤＳＰ２２、遅延回路３０、及びフィルタ群３３が、騒音源毎に設けられている。
【００９９】
また、複数の騒音源の各々に対するフィルタ群３３のバンドパスフィルタ３２の各々からの出力が、デジタル加算器（図示省略）で加算されて、各Ｄ／Ａ変換器３４に出力される。
【０１００】
そして、各Ｄ／Ａ変換器３４及び各パワーアンプ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。このとき、スピーカ１２の仮想音源が、騒音源毎に円弧状に仮想配置されるため、各スピーカ１２から放音された制御音が合成されて、合成された音波が、騒音源毎の球面音波となる。この波面の包絡面は、各騒音源からの騒音の波面に相当し、また、制御音が、各騒音の逆相となっているため、制御点を含む広い範囲で、複数の騒音源からの騒音が、制御音により打ち消される。
【０１０１】
このように、騒音源が複数の場合であっても、騒音源毎に、逆フィルタリングされた信号を遅延させると共に、バンドパスフィルタをかけて所定の周波数帯域の信号に処理することにより、複数のスピーカから放音される制御音によって、複数の騒音源からの騒音を低減することができる。
【０１０２】
次に、第６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。
【０１０３】
図１０に示すように、第６の実施の形態に係る騒音低減システムには、防音壁６５０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６５０上に設置されている。
【０１０４】
このように、防音壁を有する場合でも、防音壁上にスピーカを配置し、スピーカに入力する低減信号を遅延させると共に、所定の周波数帯域の制御音を放音させることにより、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。
【０１０５】
次に、第７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。
【０１０６】
図１１に示すように、第７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７５０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７５０上に設置されている。
【０１０７】
このように、折れ曲がっている防音壁の上にスピーカを配置した場合でも、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。
【０１０８】
次に、第８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。
【０１０９】
図１２に示すように、第８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８５０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８５０上に設置されている。
【０１１０】
このように、２段の直線となっている防音壁の上にスピーカを配置した場合でも、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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に対して、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。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。
【０１１３】
なお、上記では、低減対象となる騒音の周波数帯域を３つの周波数帯域に分割して騒音を制御する例について説明したが、低減対象となる騒音の周波数帯域は、一般的に表わすと、最小中心周波数をｆとして、ｆの２ｎ−１倍（ｎは自然数）のｆ、２ｆ、４ｆ、・・・、２ｎ−１ｆを中心周波数とするｎ個の周波数帯域に分割することができる。
【０１１４】
この場合、中心周波数を大きい順に１つずつ個数を増加させて中心周波数の周波数帯域を組合わせたグループは以下のようになる。
【０１１５】
第１グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ
第２グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ
第３グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、２ｎ−３ｆ
第４グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、２ｎ−４ｆ
・・・
第ｎグループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・ｆ
また、バンドパスフィルタは、スピーカユニットに対応させてバンドパスフィルタを配列したとき、スピーカユニットの左端に対応するバンドパスフィルタまたは右端に対応するバンドパスフィルタ（端部）からスピーカユニットの中心部に向かって、通過帯域が以下の配列となるように配列することができる。
「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、ｆ」（端部）、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、２ｆ」、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、４ｆ」、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、８ｆ」、「２ｎ−１ｆ」、・・・、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、ｆ」（中心部）。なお、中心部は、全周波数帯域の信号を通過させるバンドバスフィルタを用いてもよい。
【０１１６】
次に、第９の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１１７】
第９の実施の形態では、各スピーカから１つの中心周波数の周波数帯域の制御音を放音している点と、スピーカが不等間隔に配置されている点が第１の実施の形態と異なっている。
【０１１８】
低音域の音波の波長λは長い。例えば１００Ｈｚのλは３．４ｍである。制御すべき周波数帯域の最高周波数が５００Ｈｚの場合、制御音を放音するスピーカは５００Ｈｚの波長λの半分、すなわちｄ＝λ／２＝０．３４ｍの長さ以下の間隔で、等間隔に配置するのが従来技術であった。６３Ｈｚの音波の波長λは５．４ｍであるから、１００Ｈｚを低減するためには制御音を放音するスピーカの長さはλの２倍以上、すなわち図１４のように最低１７個以上のスピーカを設置する必要があった。
【０１１９】
第９の実施の形態では、最小の個数のスピーカによって低音域の音波を効率的に低減するスピーカユニットを提示する。すなわち、図１３に示すように、Ｈｕｙｇｅｎｓ−Ｆｒｅｓｎｅｌ理論に基づいて、制御対象とする騒音の周波数バンド（中心周波数６３、１２５、２５０、５００Ｈｚなど）の中心周波数ｆに対応する波長λ（λ＝ｃ(音速)／ｆ）の半分の長さｄ（ｄ＝λ／２）以下の間隔で、不等間隔にスピーカ１２を配置する。
【０１２０】
このように配置することによって、９個のスピーカ１２で周波数６３Hzの騒音を低減することが可能になっている。これは、以下に説明する付随効果によって実現するものである。
【０１２１】
ここで、第９の実施の形態におけるスピーカユニット７１２と、図１４に示すような１７個のスピーカを等間隔に配置したスピーカユニットの周波数特性について図１５に示す。
【０１２２】
図１５の細線は、図１３と図１４とのスピーカユニットを構成しているスピーカ１個の周波数特性である。また、図１４に示す１７個の等間隔スピーカによるスピーカユニットの周波数特性は、図１５の太線になる。音圧レベルはスピーカの個数（１７個）分（１０ｌｏｇ１０(１７)＝１２．３ｄＢ）上昇するが、周波数特性は１個の場合と同じである。
【０１２３】
しかし、図１３の本実施の形態に係る不等間隔スピーカによるスピーカユニット７１２の場合、周波数特性は図１５の鎖線のようになる。中心周波数６３、１２５、２５０、５００Ｈｚの各バンドともスピーカ１２は２個ずつであり、パワーは３ｄＢ（＝１０ｌｏｇ１０(２)）上昇するが、周波数特性は低音が上昇して１個の周波数特性に比べると、より平坦になっている。
【０１２４】
この理由は、波長λの１／２間隔で低周波数ほど間隔を大きくして配置されているため、図１３に示すスピーカユニットを１つのスピーカと見なした場合、低周波数ほど大きな放射面積を確保していることになり、低音域の相互放射インピーダンスが大きくなって、低音で能率が向上するためである。
【０１２５】
また、図１６を用いて、２つの点音源による指向性について説明する。２つの点音源の間隔ｄが波長λの１／２の場合、音波は前方方向に強く放出されて、図１６に示すような指向性を有する。したがって、上記の図１３のようにスピーカユニット７１２を構成することによって、６３、１２５、２５０、５００Ｈｚの各中心周波数バンドとも制御点方向に効率よく音波が放出される。
【０１２６】
なお、後ろ方向への指向性は、スピーカＢＯＸの後ろ側のため、実際のスピーカＢＯＸではかなり小さくなっている。また、実際のスピーカＢＯＸに入っているスピーカの指向性は制御点方向のみと考えてよい。
【０１２７】
次に、第１０の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１２８】
第１０の実施の形態では、バンドパスフィルタを設けずに、各スピーカから全周波数帯域の制御音を放音している点が第１の実施の形態と異なっている。
【０１２９】
図１７に示すように、第１０の実施の形態に係る騒音低減システム９１０では、制御ブロック３１６を、遅延回路３０とＤ／Ａ変換器３４とで構成し、全周波数の信号をパワーアンプ３６に出力し、スピーカ１２に入力している。
【０１３０】
なお、騒音低減システム９１０の他の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１３１】
次に、第１０の実施の形態に係る騒音低減システム９１０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。
【０１３２】
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と騒音源との距離の各々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、逆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。
【０１３３】
このとき、制御音は、騒音源を中心とする円弧上に配列された仮想音源から放音されるため、騒音源から円状に拡散する騒音に対応した円弧状に制御音を放音し、各スピーカ１２から放音された制御音が合成され、合成された音波が球面音波となる。この波面の包絡面は騒音源からの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。
【０１３４】
従って、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。
【０１３５】
以上説明したように、第１０の実施の形態に係る騒音低減システムによれば、逆フィルタリング処理された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ための逆フィルタリング処理された信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【０１３６】
なお、上記の第１の実施の形態〜第１０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。
【符号の説明】
【０１３７】
１０、２１０、３１０、４１０、９１０ 騒音低減システム
１２ スピーカ
１４、４１４、７１２ スピーカユニット
１６、３１６、４１６、９１６ 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
３２ バンドパスフィルタ
３３、３３３、４３３ フィルタ群
３４ Ｄ／Ａ変換器
３６ パワーアンプ
４０、２４０ 信号処理部
６５０、７５０、８５０ 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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３８１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、騒音を低減できる範囲が制御音源の長さ方向の幅の範囲に限られてしまうため、騒音源から球面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。
【０００７】
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。さらに、アクティブ・ノイズ・コントロールＡＮＣが効果的に使用出来るとされる低周波数の騒音低減を効果的に実施するための制御音源スピーカ（２次音源）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】
【０００８】
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に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、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を含んで構成されている。
【０００９】
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。
【００１０】
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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、スピーカの各々について遅延時間が大きいほどスピーカから放音される制御音の大きさが小さくなるように補正する。
【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ため、制御音によって騒音が低減される。
【００１２】
このように、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、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【００１３】
第２の発明に係る騒音低減装置は、低減対象となる騒音に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、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を含んで構成されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、スピーカの各々について遅延時間が大きいほどスピーカから放音される制御音の大きさが小さくなるように補正する。
【００１６】
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ため、制御音によって騒音が低減される。
【００１７】
このように、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、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【００１８】
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】
【００１９】
以上説明したように、本発明の騒音低減装置によれば、低減信号に基づいて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、複数のスピーカから制御音を放音させることにより、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、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】中心のスピーカを決定する場合を示すイメージ図である。
【図３】遅延時間を決定する場合を示すイメージ図である。
【図４】複数のスピーカの各々から放音される制御音の周波数帯域の中心周波数を示す図である。
【図５】中心周波数及び周波数帯域を示す表である。
【図６】フレネル輪帯を説明するための図である。
【図７】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８】本発明の第３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９】本発明の第４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１０】本発明の第６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１１】本発明の第７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８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９の実施の形態に係る騒音低減システムのスピーカユニットの配置を示す概略図である。
【図１４】スピーカを等間隔に配置したスピーカユニットの配置を示す概略図である。
【図１５】本発明の第９の実施の形態に係る騒音低減システムのスピーカユニットと等間隔スピーカによるスピーカユニットとの周波数特性を示すグラフである。
【図１６】２つの点音源による指向性を説明するためのイメージ図である。
【図１７】本発明の第１０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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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け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。
【００２２】
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、所定の信号処理を行う信号処理部４０とを備えている。陽解法制御の場合、エラーマイク２４は逆フィルタを決定するために、インパルス応答を計測する時に必要となるが、制御時は不要であることを明記しておく。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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低減対象となる騒音の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
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。
【００２５】
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、スピーカ１２の配列位置に沿ってレール（図示省略）等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、手動もしくは機械的方法（例えば、電動モータなどによる個々のスピーカ移動）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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、制御ブロック１６には、所定の周波数帯域の信号を通過させるようにフィルタリングを行うバンドパスフィルタ３２をｎ個のスピーカ１２毎に備えたフィルタ群３３が設けられており、また、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。
【００２８】
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。
【００２９】
まず、図２に示すように、目視と図面による確認とで、騒音源の位置を特定して、円弧状配列スピーカの半径Ｒを決定すると共に、騒音源から円弧状配列スピーカ群の中心スピーカまでの距離である半径Ｒを決定する。
【００３０】
そして、図３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を以下の式により算出する。
Δ＝｛（Ｒ２＋Ｄ±ｉ２）１/２−Ｒ｝／ｃ ・・・（１）
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に遅延時間Δを設定する。これにより、遅延回路３０の各々は、算出された遅延時間Δだけ信号を遅延させる。
【００３１】
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係数Ｋi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を以下の式により算出する。
Ｋｉ＝Ｒ／(Δｉ×ｃ＋Ｒ） （ｉ＝１、２、・・・) ・・・（２）
また、各バンドパスフィルタ３２は、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタと、信号の周波数帯域の複数の中心周波数を大きい順に１つずつ個数を増加させて中心周波数の周波数帯域を組み合わせた複数のグループの各々に含まれる周波数帯域の信号を各々通過させるフィルタとの何れかで構成されている。例えば、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタ、入力される信号から、最大の中心周波数２ｎ−１ｆ（例えば、４ｆ＝２５０Ｈｚ）の周波数帯域のみが含まれる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数２ｎ−１ｆ（２５０Ｈｚ）の周波数帯域及び２番目に大きい中心周波数２ｎ−２ｆ（例えば、２ｆ＝１２５Ｈｚ）の周波数帯域が含まれる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、及び最大の中心周波数２ｎ−１ｆ（２５０Ｈｚ）の周波数帯域、２番目に大きい中心周波数２ｎ−２ｆ（１２５Ｈｚ）の周波数帯域、及び３番目に大きい中心周波数２ｎ−３ｆ（例えば、ｆ＝６３Ｈｚ）の周波数帯域が含まれる第３グループの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタの何れかで構成されている。
【００３２】
また、フィルタ群３３には、図４に示すように、中心のスピーカ１２から全周波数帯域の制御音を放音するように、対応するバンドパスフィルタ３２として、全周波数の信号を通過させるフィルタが配置される。
【００３３】
また、その他のスピーカ１２について、第１グループ〜第３グループの何れかの周波数帯域に含まれる最小中心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となる位置に存在するスピーカ１２から、第１グループ〜第３グループの何れかの周波数帯域の制御音が放音されるように、対応するバンドパスフィルタ３２として、第１のフィルタ〜第３のフィルタの何れかが配置され、スピーカ１２に第１グループ〜第３グループの何れかに含まれる周波数帯域の信号が入力される。
【００３４】
例えば、中心のスピーカ１２から、２５０Ｈｚの波長の１／２である０．６６ｍ隔てた位置に存在するスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、最小中心周波数が２５０Ｈｚとなる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタが配置される。また、中心のスピーカ１２から、１２５Ｈｚの波長の１／２である１．３２ｍ隔てた位置に存在するスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、最小中心周波数が１２５Ｈｚとなる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタが配置される。また、中心のスピーカ１２から、６３Ｈｚの波長の１／２である２．６４ｍ隔てた位置に存在するスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、最小中心周波数が６３Ｈｚとなる第３グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタが配置される。
【００３５】
ここで、中心周波数について説明する。周波数分析器として一定比周波数分析器があり、一定比（Δｆ／ｆ）の周波数分析器は、Δｆの幅によって狭帯域１／３オクターブ、１／１オクターブ分析器などがある。騒音、振動などの分析に用いられるのは、１／３オクターブ、あるいは１／１オクターブ分析器であり、国際規格が決められている（ＩＥＣ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ２２５、Ｏｃｔａｖｅ、ｈａｌｆ−ｏｃｔａｖｅ ａｎｄ ｔｈｉｒｄ ｏｃｔａｖｅ ｆｉｌｔｅｒｓ、１９９６）。その中心周波数は、図５のように決められており、最小の中心周波数をｆとすると、全ての中心周波数は、２ｎ−１ｆ（ｎは自然数）である。
【００３６】
１／１オクターブ分析器では、周波数帯域の上限周波数をｆ１、下限周波数をｆ２、中心周波数をｆ０とすると、以下の式によって表される。
ｆ０＝（ｆ１×ｆ２）１／２
ｆ１＝２−１／２×ｆ０
ｆ２＝２１／２×ｆ０
また、帯域幅が以下のように表される。
ｆ２／ｆ１＝（２１／２×ｆ０）／（２−１／２×ｆ０）＝２１／１
なお、１／３オクターブ分析器の場合には、以下のように表される。
ｆ０＝（ｆ１×ｆ２）１／２
ｆ１＝２−１／６×ｆ０
ｆ２＝２１／６×ｆ０
ｆ２／ｆ１＝（２１／６×ｆ０）／（２−１／６×ｆ０）＝２１／３
また、１／ｎオクターブ分析器の場合には、以下のように表される。
ｆ０＝（ｆ１×ｆ２）１／２
ｆ１＝２−１／２ｎ×ｆ０
ｆ２＝２１／２ｎ×ｆ０
ｆ２／ｆ１＝（２１／２ｎ×ｆ０）／（２−１／２ｎ×ｆ０）＝２１／ｎ
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。
【００３７】
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）。
【００３８】
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、以下の式によって決定する。
【００３９】
【数１】
ここで、Ｆ−１は逆フーリエ変換を示す。
【００４０】
次に、フレネル輪帯について説明する。図６に示すように、１次波形上の全ての点は、球面状の２次小波の連続的な放射源と考えられ、２次放射の方向性を記述するために、傾斜因子（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）Ｋ（θ）を導入すると、Ｋ（θ）は以下の式で与えられる。
【００４１】
【数２】
ここで、θは、音源Ｓから観測点Ｐへのベクトルと１次波面に垂直なベクトルｋとのなす角度である。また、音源ＳからＰへの直接波は、以下の式で表される。
【００４２】
【数３】
一方、２次小波から合成される波動は、各フレネル輪帯からの寄与の合計であるため、以下の式で表される。
【００４３】
【数４】
ここで、上記（５）式と（６）式とは完全に等価でなければならない。また、輪帯Ｋ１に対してθ＝０となるため、Ｋ１＝１となる。従って、以下の式が与えられる。
【００４４】
【数５】
ここで、εＡは、半径ρの１次波面上における単位面積あたりの２次小波の強度であり、また、ε０／ρは１次波面上における単位面積あたりの１次波の強度である。従って、２次小波の発生源の強度は、１次波の強度の１／λとなる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、バンドパスフィルタ３２に入力され、所定の周波数帯域の信号のみが通過し、通過した信号は、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、騒音の逆相波であり、かつ、所定の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。
【００４８】
このとき、制御音は、騒音源を中心とする円弧上に配列された仮想音源から放音されるため、騒音源から円状に拡散する騒音に対応した円弧状に制御音を放音し、各スピーカ１２から放音された制御音が合成され、合成された音波が球面音波となる。この波面の包絡面は騒音源からの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。
【００４９】
また、本実施の形態では、６３Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が３個、１２５Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が５個、２５０Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が９個であり、円弧上に配置された各仮想音源の強さがほぼ１／λとなるため、フレネル輪帯における２次音源の理論を応用することができる。
【００５０】
従って、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。
【００５１】
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、逆フィルタリング処理された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ための逆フィルタリング処理された信号を遅延させると共に、中心周波数の周波数帯域を組み合わせたグループの各々に含まれる周波数帯域の制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【００５２】
また、フレネル輪帯の原理を応用して、騒音源からの球面波伝播する音波に対して、球面音波として制御音を複数のスピーカから放音するため、近距離音場（Ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ）の音場制御を行って、騒音を低減することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、従来の直線配置の線音源からの正面方向制御及び斜め方向に比べて、５ｄＢ以上の騒音低下に効果が得られる領域が大幅に広くなる。
【００５５】
また、所定の中心周波数グループの周波数帯域の制御音を、所定間隔に配置したスピーカから放音させればよいため、スピーカの数を削減することができる。
【００５６】
なお、上記の実施の形態では、スピーカを等間隔で配置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、周波数毎に異なるλに比例する間隔でスピーカ２ｎ＋１個を配列してもよい。この場合には、従来の等間隔直線配置の線音源のスピーカ個数よりも大幅にスピーカ数を削減することができる。
【００５７】
また、制御ブロックにおいて、遅延回路で遅延させた信号をバンドパスフィルタに入力する場合を例に説明したが、バンドパスフィルタでフィルタをかけた信号を遅延回路に入力するようにしてもよい。
【００５８】
また、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。
【００５９】
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。
【００６０】
第２の実施の形態では、音波情報に基づいて、騒音源の位置を特定している点が第１の実施の形態と異なっている。
【００６１】
図７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。
【００６２】
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。
【００６３】
次に、信号処理部４０において、騒音源の位置を特定する処理について説明する。まず、音波情報に基づいて、センサーマイク１８と各スピーカ１２に近接した位置（Ｍｉとする）におけるスピーカ近接マイク２３８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。
【００６４】
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
【００６５】
【数６】
と表され、相互相関関数は
【００６６】
【数７】
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、
【００６７】
【数８】
と表され、クロススペクトルは、
【００６８】
【数９】
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、
【００６９】
【数１０】
【００７０】
【数１１】
となる。また、周波数領域では以下のように表される。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
【数１３】
上記の相互相関関数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
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。
【００７３】
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
そして、第１の実施の形態と同様に、中心スピーカを基準としたときの遅延時間を算出して、遅延回路３０に設定すればよい。
【００７４】
なお、上記の実施の形態では、スピーカ近接マイクを一つだけ設けた場合を例に説明したが、複数のスピーカ近接マイクを設けてもよい。この場合には、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近接位置にスピーカ近接マイクを固定的に設置し、各スピーカ近接マイクによって、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信号処理部に出力するようにすればよい。
【００７５】
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。
【００７６】
第３の実施の形態では、制御ブロックにおいて、遅延回路及びバンドパスフィルタが、スピーカ毎ではなく、遅延時間及び通過させる周波数帯域の種類の組み合わせ毎に設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００７７】
図８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３１０では、スピーカユニット１４の二等分線上付近に騒音源が位置し、スピーカユニット１４の中心にあるスピーカ１２が、騒音源に一番近い場所に位置している。
【００７８】
制御ブロック３１６の遅延回路３０では、中心にあるスピーカ１２でスピーカユニット１４を分割した場合の一方に位置するスピーカ１２の各々について、第１の実施の形態で説明した方法と同様に、中心にあるスピーカ１２を基準として、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に遅延時間Δを設定する。
【００７９】
また、フィルタ群３３３の各バンドパスフィルタ３２は、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域のみが含まれる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域及び２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域が含まれる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、及び最大の中心周波数４ｆの周波数帯域、２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域、及び３番目に大きい中心周波数ｆの周波数帯域が含まれる第３グループの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタの何れかから構成されている。
【００８０】
中心のスピーカ１２に対するバンドパスフィルタ３２は、全周波数の信号を通過させるフィルタから構成され、その他のスピーカ１２に対するバンドパスフィルタ３２は、中心のスピーカ１２に対して左右対称に２つのスピーカ１２に接続されるように配線され、これらのバンドパスフィルタ３２は、各フィルタが通過させる周波数帯域の信号が、周波数帯域に含まれる最小中心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となる位置に存在するスピーカ１２の各々に入力されるように、第１のフィルタ〜第３のフィルタが配置されている。
【００８１】
例えば、中心のスピーカ１２の隣のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、最大中心周波数４ｆの周波数帯域の信号を通過させる第１のフィルタで構成され、更に隣のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、中心周波数４ｆの周波数帯域及び中心周波数２ｆの周波数帯域の信号を通過させる第２のフィルタで構成され、更に隣のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、中心周波数４ｆの周波数帯域の信号を通過させる第１のフィルタで構成され、更に隣にスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２は、中心周波数４ｆ、２ｆ、ｆの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタで構成されている。
【００８２】
なお、騒音低減システム３１０の動作については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
このように、遅延時間及びバンドパスフィルタの周波数帯域のグループの組み合わせ毎に、左右対称となるようにスピーカに対応させて遅延回路及びバンドパスフィルタを接続することにより、遅延回路及びバンドパスフィルタの数を削減することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００８４】
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の実施の形態及び第３の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
第４の実施の形態では、スピーカユニットのスピーカが、直線ではなく、円弧状に配列されている点と、スピーカに入力する低減信号を遅延させていない点とが第３の実施の形態と異なっている。
【００８６】
図９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４１０は、複数のスピーカ１２が円弧状に配列されたスピーカユニット４１４と、スピーカ１２から放音させる制御音を制御するための制御ブロック４１６、複数のパワーアンプ３６、センサーマイク１８と、マイクアンプ２０と、逆フィルタＤＳＰ２２とを備えている。
【００８７】
スピーカユニット４１４の複数のスピーカ１２は、最大中心周波数２ｎ−１ｆに対応する波長の１／２に相当する間隔で、等間隔に配置され、また、騒音源の位置を曲率中心とする円弧状に配置されている。なお、騒音源は、スピーカユニット４１４の曲率中心の位置に限定されるものではなく、曲率中心近傍の所定範囲内の領域に位置していればよい。
【００８８】
制御ブロック４１６には、ｎ個のスピーカ１２の各々に対して、Ｄ／Ａ変換器３４が複数設けられ、また、逆フィルタ２８から出力された信号に対して、所定の周波数帯域の信号を通過させるようにフィルタリングを行うバンドパスフィルタ３２を複数備えたフィルタ群４３３が設けられている。
【００８９】
フィルタ群４３３には、中心のスピーカ１２に対応するバンドパスフィルタ３２として、入力される信号から全周波数の信号を通過させるフィルタが設けられ、また、その他のバンドパスフィルタ３２として、中心のスピーカ１２に対して左右対称に２つのスピーカ１２に接続される複数のフィルタが設けられている。
【００９０】
左右対称に２つのスピーカ１２に接続されるバンドパスフィルタ３２は、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域のみが含まれる第１グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、最大の中心周波数４ｆの周波数帯域及び２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域が含まれる第２グループの周波数帯域の信号を通過させるフィルタ、及び最大の中心周波数４ｆの周波数帯域、２番目に大きい中心周波数２ｆの周波数帯域、及び３番目に大きい中心周波数ｆの周波数帯域が含まれる第３グループの周波数帯域の信号を通過させる第３のフィルタの何れかから構成されている。また、左右対称にスピーカ１２に接続されるバンドパスフィルタ３２として、各フィルタが通過させる周波数帯域の信号が、周波数帯域に含まれる最小中心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となる位置に存在するスピーカ１２の各々に入力されるように、第１のフィルタ〜第３のフィルタが配置されている。
【００９１】
次に第４の実施の形態に係る騒音低減システム４１０の動作について説明する。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で増幅されて、逆フィルタＤＳＰ２２に入力される。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。
【００９２】
そして、逆フィルタ２８でフィルタリング処理された信号は、フィルタ群４３３の各バンドパスフィルタ３２に入力され、所定の周波数帯域の信号のみが通過し、通過した信号の各々は、接続されている１つ又は２つの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３１４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、騒音の逆相波が、制御音としてスピーカユニット３１４の各スピーカ１２から制御点に向けて放音される。
【００９３】
このとき、制御音は、騒音源を曲率中心とする円弧状に配列されたスピーカ１２から放音されるため、騒音源から円状に拡散する騒音に対応した円弧状に制御音を放音し、各スピーカ１２から放音された制御音が合成され、合成された音波が球面音波となる。この波面の包絡面は騒音源からの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。
【００９４】
また、本実施の形態では、６３Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が３個、１２５Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が５個、２５０Ｈｚの制御音を放音するスピーカ１２が９個であり、円弧状に配置された各スピーカ１２の強さがほぼ１／λとなるため、フレネル輪帯における２次音源の理論を応用することができる。
【００９５】
従って、制御点を含む広い範囲で、騒音源からの騒音が、スピーカユニット４１４のスピーカ１２からの制御音により打ち消される
以上説明したように、第４の実施の形態に係る騒音低減システムによれば、逆フィルタリング処理された信号に基づいて中心周波数の周波数帯域を組み合わせたグループの各々に含まれる周波数帯域の制御音を、騒音源を中心とする円弧状に配列された各スピーカに放音させることにより、逆フィルタリング処理された信号に基づいて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ため、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。
【００９６】
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っている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００９７】
第５の実施の形態では、騒音源が複数となっている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００９８】
第５の実施の形態に係る騒音低減システムでは、センサーマイク１８、マイクアンプ２０、逆フィルタＤＳＰ２２、遅延回路３０、及びフィルタ群３３が、騒音源毎に設けられている。
【００９９】
また、複数の騒音源の各々に対するフィルタ群３３のバンドパスフィルタ３２の各々からの出力が、デジタル加算器（図示省略）で加算されて、各Ｄ／Ａ変換器３４に出力される。
【０１００】
そして、各Ｄ／Ａ変換器３４及び各パワーアンプ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。このとき、スピーカ１２の仮想音源が、騒音源毎に円弧状に仮想配置されるため、各スピーカ１２から放音された制御音が合成されて、合成された音波が、騒音源毎の球面音波となる。この波面の包絡面は、各騒音源からの騒音の波面に相当し、また、制御音が、各騒音の逆相となっているため、制御点を含む広い範囲で、複数の騒音源からの騒音が、制御音により打ち消される。
【０１０１】
このように、騒音源が複数の場合であっても、騒音源毎に、逆フィルタリングされた信号を遅延させると共に、バンドパスフィルタをかけて所定の周波数帯域の信号に処理することにより、複数のスピーカから放音される制御音によって、複数の騒音源からの騒音を低減することができる。
【０１０２】
次に、第６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。
【０１０３】
図１０に示すように、第６の実施の形態に係る騒音低減システムには、防音壁６５０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６５０上に設置されている。
【０１０４】
このように、防音壁を有する場合でも、防音壁上にスピーカを配置し、スピーカに入力する低減信号を遅延させると共に、所定の周波数帯域の制御音を放音させることにより、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。
【０１０５】
次に、第７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。
【０１０６】
図１１に示すように、第７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７５０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７５０上に設置されている。
【０１０７】
このように、折れ曲がっている防音壁の上にスピーカを配置した場合でも、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。
【０１０８】
次に、第８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。
【０１０９】
図１２に示すように、第８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８５０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８５０上に設置されている。
【０１１０】
このように、２段の直線となっている防音壁の上にスピーカを配置した場合でも、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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に対して、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。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。
【０１１３】
なお、上記では、低減対象となる騒音の周波数帯域を３つの周波数帯域に分割して騒音を制御する例について説明したが、低減対象となる騒音の周波数帯域は、一般的に表わすと、最小中心周波数をｆとして、ｆの２ｎ−１倍（ｎは自然数）のｆ、２ｆ、４ｆ、・・・、２ｎ−１ｆを中心周波数とするｎ個の周波数帯域に分割することができる。
【０１１４】
この場合、中心周波数を大きい順に１つずつ個数を増加させて中心周波数の周波数帯域を組合わせたグループは以下のようになる。
【０１１５】
第１グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ
第２グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ
第３グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、２ｎ−３ｆ
第４グループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、２ｎ−４ｆ
・・・
第ｎグループに含まれる周波数帯域の中心周波数：２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・ｆ
また、バンドパスフィルタは、スピーカユニットに対応させてバンドパスフィルタを配列したとき、スピーカユニットの左端に対応するバンドパスフィルタまたは右端に対応するバンドパスフィルタ（端部）からスピーカユニットの中心部に向かって、通過帯域が以下の配列となるように配列することができる。
「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、ｆ」（端部）、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、２ｆ」、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、４ｆ」、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、８ｆ」、「２ｎ−１ｆ」、・・・、「２ｎ−１ｆ」、「２ｎ−１ｆ、２ｎ−２ｆ、・・・、ｆ」（中心部）。なお、中心部は、全周波数帯域の信号を通過させるバンドバスフィルタを用いてもよい。
【０１１６】
次に、第９の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１１７】
第９の実施の形態では、各スピーカから１つの中心周波数の周波数帯域の制御音を放音している点と、スピーカが不等間隔に配置されている点が第１の実施の形態と異なっている。
【０１１８】
低音域の音波の波長λは長い。例えば１００Ｈｚのλは３．４ｍである。制御すべき周波数帯域の最高周波数が５００Ｈｚの場合、制御音を放音するスピーカは５００Ｈｚの波長λの半分、すなわちｄ＝λ／２＝０．３４ｍの長さ以下の間隔で、等間隔に配置するのが従来技術であった。６３Ｈｚの音波の波長λは５．４ｍであるから、１００Ｈｚを低減するためには制御音を放音するスピーカの長さはλの２倍以上、すなわち図１４のように最低１７個以上のスピーカを設置する必要があった。
【０１１９】
第９の実施の形態では、最小の個数のスピーカによって低音域の音波を効率的に低減するスピーカユニットを提示する。すなわち、図１３に示すように、Ｈｕｙｇｅｎｓ−Ｆｒｅｓｎｅｌ理論に基づいて、制御対象とする騒音の周波数バンド（中心周波数６３、１２５、２５０、５００Ｈｚなど）の中心周波数ｆに対応する波長λ（λ＝ｃ(音速)／ｆ）の半分の長さｄ（ｄ＝λ／２）以下の間隔で、不等間隔にスピーカ１２を配置する。
【０１２０】
このように配置することによって、９個のスピーカ１２で周波数６３Hzの騒音を低減することが可能になっている。これは、以下に説明する付随効果によって実現するものである。
【０１２１】
ここで、第９の実施の形態におけるスピーカユニット７１２と、図１４に示すような１７個のスピーカを等間隔に配置したスピーカユニットの周波数特性について図１５に示す。
【０１２２】
図１５の細線は、図１３と図１４とのスピーカユニットを構成しているスピーカ１個の周波数特性である。また、図１４に示す１７個の等間隔スピーカによるスピーカユニットの周波数特性は、図１５の太線になる。音圧レベルはスピーカの個数（１７個）分（１０ｌｏｇ１０(１７)＝１２．３ｄＢ）上昇するが、周波数特性は１個の場合と同じである。
【０１２３】
しかし、図１３の本実施の形態に係る不等間隔スピーカによるスピーカユニット７１２の場合、周波数特性は図１５の鎖線のようになる。中心周波数６３、１２５、２５０、５００Ｈｚの各バンドともスピーカ１２は２個ずつであり、パワーは３ｄＢ（＝１０ｌｏｇ１０(２)）上昇するが、周波数特性は低音が上昇して１個の周波数特性に比べると、より平坦になっている。
【０１２４】
この理由は、波長λの１／２間隔で低周波数ほど間隔を大きくして配置されているため、図１３に示すスピーカユニットを１つのスピーカと見なした場合、低周波数ほど大きな放射面積を確保していることになり、低音域の相互放射インピーダンスが大きくなって、低音で能率が向上するためである。
【０１２５】
また、図１６を用いて、２つの点音源による指向性について説明する。２つの点音源の間隔ｄが波長λの１／２の場合、音波は前方方向に強く放出されて、図１６に示すような指向性を有する。したがって、上記の図１３のようにスピーカユニット７１２を構成することによって、６３、１２５、２５０、５００Ｈｚの各中心周波数バンドとも制御点方向に効率よく音波が放出される。
【０１２６】
なお、後ろ方向への指向性は、スピーカＢＯＸの後ろ側のため、実際のスピーカＢＯＸではかなり小さくなっている。また、実際のスピーカＢＯＸに入っているスピーカの指向性は制御点方向のみと考えてよい。
【０１２７】
次に、第１０の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１２８】
第１０の実施の形態では、バンドパスフィルタを設けずに、各スピーカから全周波数帯域の制御音を放音している点が第１の実施の形態と異なっている。
【０１２９】
図１７に示すように、第１０の実施の形態に係る騒音低減システム９１０では、制御ブロック３１６を、遅延回路３０とＤ／Ａ変換器３４とで構成し、全周波数の信号をパワーアンプ３６に出力し、スピーカ１２に入力している。
【０１３０】
なお、騒音低減システム９１０の他の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１３１】
次に、第１０の実施の形態に係る騒音低減システム９１０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。
【０１３２】
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と騒音源との距離の各々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、逆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。
【０１３３】
このとき、制御音は、騒音源を中心とする円弧上に配列された仮想音源から放音されるため、騒音源から円状に拡散する騒音に対応した円弧状に制御音を放音し、各スピーカ１２から放音された制御音が合成され、合成された音波が球面音波となる。この波面の包絡面は騒音源からの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。
【０１３４】
従って、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。
【０１３５】
以上説明したように、第１０の実施の形態に係る騒音低減システムによれば、逆フィルタリング処理された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ための逆フィルタリング処理された信号を遅延させて、制御音を各スピーカから放音させることにより、騒音源から拡散する騒音を広い範囲で低減することができる。
【０１３６】
なお、上記の第１の実施の形態〜第１０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。
【符号の説明】
【０１３７】
１０、２１０、３１０、４１０、９１０ 騒音低減システム
１２ スピーカ
１４、４１４、７１２ スピーカユニット
１６、３１６、４１６、９１６ 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
３２ バンドパスフィルタ
３３、３３３、４３３ フィルタ群
３４ Ｄ／Ａ変換器
３６ パワーアンプ
４０、２４０ 信号処理部
６５０、７５０、８５０ 防音壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減対象となる騒音に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、
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、
を含む騒音低減装置。
【請求項２】
低減対象となる騒音に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、
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、
を含む騒音低減装置。
【請求項３】
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又は２記載の騒音低減装置。
【請求項１】
低減対象となる騒音に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、
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、
を含む騒音低減装置。
【請求項２】
低減対象となる騒音に対して制御音を放出すると共に、低減対象となる騒音の周波数帯域に対応する波長の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て算出された遅延時間だけ各々遅延させる処理を行うと共に、前記スピーカの各々について前記遅延時間が大きいほど前記スピーカから放音される前記制御音の大きさが小さくなるように補正する処理手段と、
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、
を含む騒音低減装置。
【請求項３】
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又は２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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−８８７３４（Ｐ２０１２−８８７３４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８３９０３（Ｐ２０１１−２８３９０３）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【分割の表示】特願２００６−３４８５３０（Ｐ２００６−３４８５３０）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【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２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【分割の表示】特願２００６−３４８５３０（Ｐ２００６−３４８５３０）の分割
【原出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【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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