JP2006138130A - 騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防音壁に付設される能動制御型の騒音低減装置において、移動音源に対して優れた減音効果を得ることができる騒音低減装置を提供する。
【解決手段】自動車の到来側に指向性を有する音源マイクロホン２０₁で集音された音波は、プリアンプで増幅され、ＤＳＰ処理装置に入力される。Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換され、逆フィルタでフィルタリング処理された信号は、遅延回路に入力され、スピーカ１〜９の配列順序に応じて遅延される。即ち、スピーカ１〜９は、自動車の到来側（図面の左側）から通過側（図面の右側）に向って昇順で配列されており、スピーカ１〜９には、配列順に０、τ、２τ、．．．、８τの遅延時間が各々与えられている。配列順序に応じて遅延させることで、斜め方向に制御音の波面を傾けることができる。即ち、斜め方向についても、音源が直線状に配列された「線音源」が疑似的に実現される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、騒音低減装置に係り、特に、防音壁に付設され且つ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。

わが国では、静かであるべき住宅街や病院の傍らを幹線道路が貫き、この幹線道路を大型トラックが昼夜を問わず往来する。また、暴走族のオートバイがけたたましい爆音を撒き散らして走行する。このような道路交通騒音の問題は、都市部に限らず農村部でも顕在化しており、大きな社会問題となっている。

近年、能動制御により騒音を低減するアクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ：Active Noise Control）というシステムが注目されている。ＡＮＣの消音原理は「消音すべき元の音波に逆位相の音波を重ね合わせること」である。即ち、図１に示すように、騒音源が発する騒音Ａに、制御音源から放射した制御音Ｂを重ねて、音圧レベルを低下させるものである。

例えば、騒音源から発生し防音障壁の頂点で回折されて障壁外部に伝わる回折音に対しても、上記の消音原理を適用することができる。図２に示すように、騒音源Ｓから発生した騒音１２は、防音壁１０の頂点（制御点Ｃ）の近傍を通過する際に波動現象として回折の作用を受ける。これは制御点Ｃがこの点を中心とした新たな音源（二次音源）となることを意味する。この制御点Ｃに対して、防音壁１０の近傍に設置された制御音源（スピーカ）１４から制御音１６を放射する。この際、制御点Ｃにおいて騒音源Ｓからの騒音１２と制御スピーカ１４からの制御音１６とが同振幅で逆位相になるように、制御音１６を加工する。これにより、防音壁１０の騒音源Ｓと反対側の領域にある観測点Ｏで騒音を観測すると、防音壁１０による減音量以上の減音効果を得ることができる。

道路交通騒音は、常時走行し続けている複数の移動音源（自動車）が発生する騒音である。高速道路を走行する自動車が発生する騒音の主なものは、エンジン音とタイヤ走行音であり、これらの騒音は高速道路の防音壁の頂点で回折して道路周辺に伝播する。

従来、ＡＮＣにより道路交通騒音を低減する技術としては、アクティブ・ソフト・エッジ遮音壁（ＡＳＥ遮音壁）が提案され、実用化されている（非特許文献１、非特許文献２、特許文献１乃至３を参照）。ＡＳＥ遮音壁は、ＡＮＣにより遮音壁の先端（エッジ）に音響的にソフト（複素音圧反射率が−１）な境界を形成することにより、主に遮音壁の頂点で回折する５００Ｈｚ以下の低周波の騒音を低減する。ここでの消音原理は、遮音壁の頂点部分の境界の音響インピーダンスＺをＺ＝ρｃ、即ち、空気の音響インピーダンスと同じにして完全吸音することで減音する、というものである。
日経ビジネス、２００２年１０月７日号 日本音響学会誌５８巻１２号（２００２）、ｐｐ．７５３−７６０ 特開平９−１１９１１４号公報 特開２００１−１７２９２５号公報 特開２００２−６８５４号公報

しかしながら、ＡＳＥ遮音壁は音響制御部であるＡＳＥセルの上面近傍でしか減音効果を発揮しないため、道路交通騒音を低減しようとすると、遮音壁に沿って多数のＡＳＥセルを隙間無く配置しなければならず、装置が大掛かりになる、という問題がある。また、ＡＳＥ遮音壁の減音効果は高々４ｄＢ程度であり、十分な減音効果が得られているとは言い難い。

本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、防音壁に付設される能動制御型の騒音低減装置であって、移動音源に対して優れた減音効果を有する騒音低減装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の第１の騒音低減装置は、騒音源から放射され且つ該騒音源から放射された騒音を低減する防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された騒音集音マイクロホンと、前記防音壁の外側に設定された制御点に配置された制御点マイクロホン出力と前記騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算されたフィルタ係数と、前記騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した制御信号を出力するフィルタと、複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源と、前記複数のスピーカの各々に、前記制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた遅延制御信号を、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力する入力回路と、を含んで構成したことを特徴としている。

本発明の第１の騒音低減装置では、騒音源から放射された騒音を低減する防音壁の外側に、騒音を制御するための制御点が設定され、この制御点には制御点マイクロホンが配置されている。一方、防音壁の内側には、防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有する騒音集音マイクロホン（音源マイクロホン）が配置される。

フィルタには、フィルタ係数が設定されている。フィルタ係数は、この制御点マイクロホン出力と騒音集音マイクロホン出力とに基づいて、制御点における騒音が低減されるように、例えば陽解法により演算される。フィルタ係数が設定されたフィルタは、騒音集音マイクロホン出力のデジタル値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ない、制御信号を出力する。

また、本発明の第１の騒音低減装置は、複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源を備えている。スピーカは単一指向性のスピーカを用いることができ、制御音源は、複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が防音壁の上辺で回折されて制御点に到達するか、または制御音が直接制御点に到達するように配置される。

入力回路は、この制御音源の複数のスピーカの各々に、制御信号を防音壁への騒音の入射方向に応じた時間ずつ遅延させた遅延制御信号を、複数のスピーカの配列順に応じて、すなわち複数のスピーカの一端側から他端側に向かって入力する。

このように、制御音源に配列されたスピーカの各々に、騒音の入射方向に応じて遅延させた遅延制御信号の各々を入力することで、騒音の入射方向と同じ方向に制御音を放射することができ、防音壁に所定方向から入射する騒音を効率良く低減することができる。即ち、移動音源に対して優れた減音効果を得ることができる。

また、制御音は防音壁の上辺で回折されて、または回折されることなく直接制御点に到達するので、制御点に到達する騒音が制御音により打ち消され、より大きな減音効果を得ることができる。更に、陽解法によりフィルタ係数を演算れば、その演算過程において測定したインパルス応答に窓を掛けることができるので、外乱による影響を受けることなく、安定した制御を行うことができる。

上記の第１の騒音低減装置において、制御音源を複数個設けることができる。この場合には、入力回路によって、制御音源毎に、該制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた遅延制御信号を、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力する。これにより、制御音源毎に、防音壁に異なる方向から入射する騒音を効率良く低減することができる。

上記目的を達成するために本発明の第２の騒音低減装置は、騒音源から放射され且つ該騒音源から放射された騒音を低減する防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第１の騒音集音マイクロホンと、前記騒音源から放射され且つ前記防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第２の騒音集音マイクロホンと、前記防音壁の外側に設定された制御点に配置された制御点マイクロホン出力と前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第１のフィルタ係数と、前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第１の制御信号を出力する第１のフィルタと、前記制御点マイクロホン出力と前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第２のフィルタ係数と、前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第２の制御信号を出力する第２のフィルタと、複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源と、前記複数のスピーカの各々に、前記第１の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた第１の遅延制御信号を、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力すると共に、前記複数のスピーカの各々に、前記第２の制御信号を入力する入力回路と、を含んで構成したことを特徴とする。

本発明の第２の騒音低減装置では、防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する第１の騒音集音マイクロホンに加えて、防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する第２の騒音集音マイクロホンが設けられている。第１のフィルタが、第１のフィルタ係数と第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて、デジタルフィルタ処理した第１の制御信号を出力すると共に、第２のフィルタが、第２のフィルタ係数と第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて、デジタルフィルタ処理した第２の制御信号を出力する。

防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する第１の騒音集音マイクロホン及びこれに対応する第１のフィルタと、防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する第２の騒音集音マイクロホン及びこれに対応する第２のフィルタと、を制御音源に対応して各々配置することで、異なる方向から入射する騒音を各々集音して独立に制御することができる。

そして、入力回路は、複数のスピーカの各々に、第１の制御信号を防音壁への騒音の入射方向に応じた時間ずつ遅延させた第１の遅延制御信号を複数のスピーカの配列順に応じて入力すると共に、複数のスピーカの各々に、第２の制御信号を入力する。このように、騒音の入射方向が２以上ある場合にでも、制御音源に配列されたスピーカの各々を、各々の入射方向に応じて遅延させることで、騒音の入射方向と同じ方向に制御音を放射することができ、防音壁に所定方向から入射する騒音を効率良く低減することができる。

上記の第２の騒音低減装置において、制御音源を複数個設けることができる。この場合には、入力回路によって、所定の制御音源を構成する複数のスピーカの各々に、第１の遅延制御信号を複数のスピーカの配列順に応じて入力すると共に、他の制御音源を構成する複数のスピーカの各々に、第２の制御信号を入力する。

上記目的を達成するために本発明の第３の騒音低減装置は、騒音源から放射され且つ該騒音源から放射された騒音を低減する防音壁に対して第１の斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第１の騒音集音マイクロホンと、前記騒音源から放射され且つ前記防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第２の騒音集音マイクロホンと、前記騒音源から放射され且つ前記防音壁に対して前記第１の斜め方向と異なる第２の斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第３の騒音集音マイクロホンと、前記防音壁の外側に設定された制御点に配置された制御点マイクロホン出力と前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるよう演算された第１のフィルタ係数と、前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第１の制御信号を出力する第１のフィルタと、前記制御点マイクロホン出力と前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第２のフィルタ係数と、前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第２の制御信号を出力する第２のフィルタと、前記制御点マイクロホン出力と前記第３の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第３のフィルタ係数と、前記第３の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第３の制御信号を出力する第３のフィルタと、複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源と、前記複数のスピーカの各々に、前記第１の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた第１の遅延制御信号と、前記第３の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた第２の遅延制御信号とを、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力すると共に、前記複数のスピーカの各々に、前記第２の制御信号を入力する入力回路と、を含んで構成したことを特徴とする。

本発明の第３の騒音低減装置では、防音壁に対して第１の斜め方向から入射する騒音を集音する第１の騒音集音マイクロホンに加えて、防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する第２の騒音集音マイクロホンと、第１の斜め方向と異なる第２の斜め方向から入射する騒音を集音する第３の騒音集音マイクロホンとが設けられている。第１のフィルタが、第１のフィルタ係数と第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて、デジタルフィルタ処理した第１の制御信号を出力すると共に、第２のフィルタが、第２のフィルタ係数と第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて、デジタルフィルタ処理した第２の制御信号を出力し、第３のフィルタが、第３のフィルタ係数と第３の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて、デジタルフィルタ処理した第３の制御信号を出力する。

防音壁に対して第１の斜め方向から入射する騒音を集音する第１の騒音集音マイクロホン及びこれに対応する第１のフィルタと、防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する第２の騒音集音マイクロホン及びこれに対応する第２のフィルタと、防音壁に対して第２の斜め方向から入射する騒音を集音する第３の騒音集音マイクロホン及びこれに対応する第３のフィルタと、を制御音源に対応して各々配置することで、異なる方向から入射する騒音を各々集音して独立に制御することができる。

そして、入力回路は、複数のスピーカの各々に、第１の制御信号を防音壁への騒音の入射方向に応じた時間ずつ遅延させた第１の遅延制御信号を複数のスピーカの配列順に応じて入力すると共に、複数のスピーカの各々に、第２の制御信号を入力し、更に、複数のスピーカの各々に、第３の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じた時間ずつ遅延させた第２の遅延制御信号を複数のスピーカの配列順に応じて入力する。

このように、騒音の入射方向が３以上ある場合にでも、制御音源に配列されたスピーカの各々を、各々の入射方向に応じて遅延させることで、騒音の入射方向と同じ方向に制御音を放射することができ、防音壁に所定方向から入射する騒音を効率良く低減することができる。

上記の第３の騒音低減装置において、制御音源を複数個設けることができる。この場合には、入力回路によって、所定の制御音源を構成する複数のスピーカの各々に、第１の遅延制御信号を複数のスピーカの配列順に応じて入力すると共に、他の制御音源を構成する複数のスピーカの各々に、第２の制御信号を入力し、更に他の制御音源を構成する複数のスピーカの各々に、第２の遅延制御信号を複数のスピーカの配列順に応じて入力する。

第４の騒音低減装置は、放音方向が所定方向を向くように配列された複数個のスピーカを備えた複数の制御音源と、前記制御音源と前記騒音源との間に配置されて、前記騒音源から放音された騒音を集音し、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、前記音響信号と逆位相の制御音を放音するための制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記制御信号を予め定められた時間ずつ遅延させた複数の遅延制御信号を出力する遅延手段と、前記制御信号がいずれかの制御音源の前記スピーカの各々に同時に入力され、かつ制御音源の一端側のスピーカから他端側のスピーカに向かって遅延時間が徐々に長くなるように前記遅延制御信号の各々が他の制御音源の前記スピーカの各々に入力されるように制御する制御手段と、を含んで構成したものである。

以上説明したように本発明によれば、防音壁に付設される能動制御型の騒音低減装置において、騒音の入射方向と同じ方向に制御音を放射することができ、防音壁に所定方向から入射する騒音を効率良く低減することができる。即ち、移動音源に対して優れた減音効果を得ることができる、という効果が得られる。

また、制御音は防音壁の上辺で回折されて、または回折されることなく直接制御点に到達するので、制御点では騒音源から放出され防音壁で回折された騒音が制御音により制御され、より大きな減音効果を得ることができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の騒音低減装置を、高速道路の交通騒音低減システムに適用した実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
（騒音低減の制御区間）
本実施の形態では、図３（Ａ）に示すように、騒音源Ｓである自動車から発生した騒音を低減するために、高速道路１００の両側に該道路と平行に所定高さの防音壁１０が設けられている。防音壁１０は、通常、鉄板等の金属板を走行面に対し垂直に立設して構成されている。なお、防音壁１０の騒音源Ｓ側に遮音増強パネルを設置してもよい。遮音増強パネルは、パネル自体に低音域の遮音性能が１０ｄＢ以上有るものが好ましく、例えば、騒音源Ｓ側のパネル表面にグラスウール等の吸音材を貼り付けたものを好適に使用することができる。

この防音壁１０の外側に観測点Ｏを設定すると、高速道路１００を自動車が走行している場合には、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点と自動車の走行に応じて騒音源Ｓの位置が変化することから、観測点Ｏには種々の方向から騒音が伝播してくる。図３（Ｂ）に、騒音源Ｓの各位置から伝播する騒音の観測点Ｏにおける音圧レベルを示す。Ａ点及びＤ点からの音圧レベルは、例えば７０ｄＢ（デシベル）であり、観測点Ｏの正面に位置するＣ点からの音圧レベルは、例えば８０ｄＢである。例えば、自動車の走行速度をＶ（ｋｍ／ｈ）、所定音圧レベル、例えば７０ｄＢ以上の騒音レベルが継続する時間をＴ（秒）とすると、所定音圧レベル以上の騒音を制御、低減するための騒音低減の制御区間Ｌ（ｍ）は下記式で表される。

Ｌ＝１０００ＶＴ／３６００
（騒音制御ユニット）
上記の制御区間Ｌは、図４に示すように、１〜数メートルの長さの複数（図では６個）の小区間に分割され、分割された小区間毎に騒音制御ユニット１０２が配置される。

騒音制御ユニット１０２は、図５に示すように、防音壁１０の騒音源側に配置され、複数（図では９個）のスピーカが防音壁１０に沿って１列に配列されたスピーカアレイ４０を備えたスピーカユニット１４と、スピーカユニット１４の近傍に配置された複数（図では３個）の音源マイクロホン２０₁〜２０₃とを備えている。音源マイクロホン２０₁、２０₃は自動車の到来側と通過側とにそれぞれ配置され、音源マイクロホン２０₂は防音壁１０の正面に配置されている。音源マイクロホン２０₁〜２０₃の各々は、制御対象となる騒音波の入射方向（図では、到来側と通過側の２つの斜め方向と正面方向）に強い指向性を有している。

スピーカユニット１４は、図６に示すように、防音壁１０の頂点で制御音１６が回折するように、防音壁１０の上辺から所定距離離間して、防音壁１０の内側に配置されている。スピーカユニット１４は、防音壁１０の頂点で回折された制御音１６が、防音壁１０の外側で且つスピーカユニット１４の近傍に設定された制御点Ｃに到達するように、防音壁１０の頂点に向って制御音１６を放射する。このように、回折音を用いてＡＮＣを実施することにより、騒音源Ｓから放射されて防音壁１０の頂点で回折された騒音を減音させることができる。なお、スピーカユニット１４のスピーカ配列方向の長さは、防音壁頂点と制御点Ｃとの距離と同じ長さとすることが好ましい。例えば、１ｍ〜数ｍ程度の長さが好適である。

また、騒音制御ユニット１０２は、ＤＳＰ（Digital Signal Processing）処理を行うＤＳＰ処理装置２４を備えている。ＤＳＰ処理装置２４は、プリアンプ２２₁〜２２₃を介して音源マイクロホン２０₁〜２０₃の各々に接続されると共に、スピーカユニット１４に接続されている。音源マイクロホン２０₁〜２０₃の各々で集音された音波は、対応するプリアンプ２２₁〜２２₃の各々で増幅され、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。

騒音源Ｓから制御点Ｃまでの音波の伝播方向に沿った距離をＲ１（ｍ）、スピーカユニット１４から制御点Ｃまでの同様の距離をＲ２（ｍ）、騒音源Ｓから音源マイクロホン２０₁〜２０₃の何れかまでの同様の距離をＲ３（ｍ）とすると、騒音の制御点Ｃへの直接（経路Ａ）の到達時間Ｔ１（ｍｓ）、ＤＳＰ処理装置２４を介した場合（経路Ｂ）の到達時間Ｔ２（ｍｓ）は、ＤＳＰ処理装置２４での処理時間をＴ_DSPとすると、以下の式で表される。なお、ｃは音速（ｍ／秒）である。

Ｔ１＝Ｒ１／ｃ
Ｔ２＝（Ｒ２＋Ｒ３）／ｃ＋Ｔ_DSP
ここで、Ｒ１＞Ｒ２＋Ｒ３であるから、Ｔ１＞Ｔ２である。また、ＤＳＰ処理装置２４は、処理に１ｍｓ程度の時間を要するので、Ｔ_DSP＝１、即ち、Ｔ２＋１＜Ｔ１の関係を満たすように、音源マイクロホン２０₁〜２０₃を各々配置する。

ＤＳＰ処理装置２４は、図７に示すように、プリアンプ２２₁〜２２₃の各々に対応して設けら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２６₁〜２６₃、フィルタ係数が予め設定された時不変の逆フィルタ２８₁〜２８₃、スピーカの配列順序に応じて信号を遅延する遅延回路３０₁〜３０₃、マルチチャンネル加算回路３２、及びデジタル信号をアナログ信号に変換するマルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４を備えている。なお、フィルタ係数Ｗ₁、Ｗ₂、Ｗ₃は、図示しないコンピュータにより演算され、逆フィルタ２８₁〜２８₃の各々に設定される。フィルタ係数の演算方法については後述する。

逆フィルタ２８₁〜２８₃の各々は、Ａ／Ｄ変換器２６₁〜２６₃の各々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。フィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₁〜３０₃に入力される。

遅延回路３０₁〜３０₃は、図８に示すように、複数の単位遅延素子を直列に接続して構成されている。この単位遅延素子の数は、遅延信号のサンプル数（ここでは９個）よりも１個少なくなるように構成されている。また、遅延信号のサンプル数は、隣接するスピーカのセパレ−ションの問題を勘案して決定される。

遅延回路３０₁〜３０₃の出力端は、マルチチャンネル加算回路３２に接続されており、遅延回路３０₁〜３０₃で得られた遅延信号の各々は、マルチチャンネル加算回路３２に入力される。この例では、各遅延回路３０₁、３０₃から、０、τ、２τ、３τ、４τ、５τ、６τ、７τ、８τ（τは単位遅延素子の遅延時間）ずつ遅延させた信号がマルチチャンネル加算回路３２に入力され、遅延回路３０₂から表１に示すように遅延させない信号（遅延時間０）の信号がマルチチャンネル加算回路３２に入力される。なお、単位遅延素子の遅延時間は、単位遅延素子毎に異なっていても良く、任意の値とすることができる。

遅延された信号は、マルチチャンネル加算回路３２に入力され、スピーカ毎に加算される。遅延回路３０₁による遅延時間をＤ1、遅延回路３０₂による遅延時間をＤ₂、及び遅延回路３０₃による遅延時間をＤ₃とした場合に、スピーカアレイ４０の９個のスピーカの各々について、遅延時間Ｄ₁の信号、遅延時間Ｄ₂の信号、及び遅延時間Ｄ₃の信号がデジタル加算される。この加算は、各スピーカアレイの対応する位置に位置するスピーカの各々に入力すべきデジタル信号を全て加算して、各スピーカから出力するようにする。このように加算することによりスピーカアレイからは、図１１に示す３方向に伝播する音波を出力することができる。

遅延時間Ｄ₁〜Ｄ₃は、例えば、下記の表１に示す組合せとすることができる。この例では、スピーカ２に対応して、遅延回路３０₁からの遅延時間τの信号、遅延回路３０₂からの遅延時間０の信号、及び遅延回路３０₃からの遅延時間７τの信号が加算される。このようにスピーカ毎に加算された信号は、マルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４に入力され、Ｄ／Ａ変換されて、スピーカユニット１４に出力される。すなわち、制御音が伝搬する方向は、遅延時間に応じて定めることができ、スピーカの配列方向に対して直交する方向に制御音を伝搬させる場合には、遅延時間を０にすればよい。

スピーカユニット１４は、上述のスピーカアレイ４０の外に、スピーカアレイ４０の各スピーカに対応してパワーアンプが配列されたパワーアンプアレイ３８を備えている。ＤＳＰ処理装置２４でスピーカ毎に加算されたアナログ信号は、各スピーカに対応するパワーアンプの各々で増幅され、スピーカアレイ４０の各スピーカに出力される。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、騒音に対して逆相の音波が、制御音１６としてスピーカユニット１４を構成するスピーカの各々から出力される。即ち、音源が直線状に配列された「線音源」が実現される。線音源は円筒波を放出し、配列方向と直交する方向に強い指向性を有する。
（フィルタ係数の設定）
次に、ＤＳＰ処理装置２４のデジタルフィルタへのフィルタ係数の設定手順について説明する。ここでは、フィルタ係数Ｗ₂を設定して逆フィルタ２８₂を生成する場合について説明するが、逆フィルタ２８₁及び逆フィルタ２８₃も同様の方法で生成することができる。

騒音源Ｓから放射された騒音は、音源マイクロホン２０₂で集音され、プリアンプ２２₂を介してＤＳＰ処理装置２４に入力される。入力された信号は、ＤＳＰ処理されて、スピーカユニット１４に出力される。そして、騒音の逆相波が、制御音１６としてスピーカユニット１４を構成するスピーカの各々から防音壁１０の頂点に向けて放射され、そのときの回折音が制御点Ｃに向けて伝播される。制御点Ｃに設置した図示しないマイクロホンにより、騒音源Ｓから放射された騒音とスピーカユニット１４から放射された制御音とが集音される。集音された音波は、Ａ／Ｄ変換されて、図示しないコンピュータに入力される。

デジタルフィルタの伝達関数をＷ（ω）と仮定し、伝達関数Ｗ（ω）のインパルス応答の係数をδ（ｔ−ｔ_delay）に設定する。ｔ_delayはデジタルフィルタによる遅延時間（ｍｓ）であり、例えば３００ｍｓに設定することができる。

騒音源Ｓから放射された騒音の一部は、制御点Ｃに到達する。この伝達経路を経路Ａとする。経路Ａの伝達関数はＡ（ω）である。また、放射された騒音の一部は、音源マイクロホン２０₂で集音され、ＤＳＰ処理装置２４を経由して、スピーカユニット１４から放射されて制御点Ｃに到達する。この伝達経路を経路Ｂとする。経路Ｂの伝達関数はＢ（ω）である。制御点Ｃでは、経路Ａからの信号音と経路Ｂからの信号音とが同時に集音される。

騒音源Ｓから音源マイクロホン２０₂までの経路Ｃ１の伝達関数をＣ１（ω）とし、スピーカユニット１４から制御点Ｃまでの経路Ｃ２の伝達関数をＣ２（ω）とすると、経路Ｂの伝達関数はＢ（ω）は下記式で表される。なお、Ｃ１（ω）とＣ２（ω）との積を、経路Ｃ（経路Ｃ１＋Ｃ２）の伝達関数Ｃ（ω）とする。

Ｂ（ω）＝Ｃ１（ω）Ｃ２（ω）Ｗ（ω）＝Ｃ（ω）Ｗ（ω）
例えば、ここでデジタルフィルタの伝達関数Ｗ（ω）＝１とすると、経路Ｂの伝達関数Ｂ（ω）と経路Ｃの伝達関数Ｃ（ω）とが等しくなる。

デジタルフィルタのフィルタ係数は、以下の手順で、陽解法により演算される。この演算は、デジタルフィルタに接続された図示しないコンピュータにより行われる。ここでいう陽解法とは、上記の経路Ａのインパルス応答と経路Ｂのインパルス応答とを事前に計測し、数値計算によりフィルタ係数を演算する方法である。

１．制御点Ｃに設置したマイクロホンからＤＳＰ処理装置２４に取り込んだ信号を、相互相関関数の逆フーリエ変換によりインパルス応答に変換する。図９（Ａ）に示すように、経路Ｃのインパルス応答はｔ_delay（ｍｓ）遅延されており、経路Ａと経路Ｃの各々のインパルス応答は時間的に分離しているので、これに各々時間窓７０、７２を掛けて、各々の経路毎にインパルス応答を切り出すことができる。経路Ａのインパルス応答を関数ａ（ｔ）で表し、経路Ｃのインパルス応答を関数ｃ（ｔ）で表す。更に、図９（Ｂ）に示すように、経路Ａのインパルス応答ａ（ｔ）に時間窓５２を掛けることにより、直接音のインパルス応答だけを切り出すことができる。

２．ｃ（ｔ）を遅延時間分だけ時間を巻き戻したｃ（ｔ−ｔ_delay）を改めてｃ（ｔ）とする。また、直接音に対応する部分だけを切り出した経路Ａのインパルス応答を改めてａ（ｔ）とする。そして、経路Ａのインパルス応答ａ（ｔ）をフーリエ変換して伝達関数Ａ（ω）を求め、経路Ｃのインパルス応答ｃ（ｔ）をフーリエ変換して伝達関数Ｃ（ω）を求める。

３．経路Ａの伝達関数Ａ（ω）と経路Ｂの伝達関数Ｂ（ω）とが、Ａ（ω）＋Ｂ（ω）＝０、という消音条件を満足すると仮定すると、ディジタルフィルタの伝達関数Ｗ（ω）は下記式で表される。

Ｗ（ω）＝−Ａ（ω）／Ｃ（ω）
そして、フーリエ変換して得られた伝達関数Ａ（ω）及び伝達関数Ｃ（ω）を用いてＷ（ω）を演算し、これを逆フーリエ変換して関数ｗ（ｔ）を求める。この関数ｗ（ｔ）の係数が、デジタルフィルタのフィルタ係数Ｗ₂である。なお、関数ｗ（ｔ）は、下記式に示す関係から行列演算により時間領域で直接求めてもよい。

ｗ（ｔ）＊ｃ（ｔ）＝−ａ（ｔ） （＊は畳み込み演算を表す。）
得られたフィルタ係数が、デジタルフィルタに設定される。これによりディジタルフィルタは、Ｗ（ω）の伝達関数を持ち、騒音を打ち消すことができる逆相波の制御音を発生させる逆フィルタ２８₂となる。
（騒音の制御）
次に、騒音の制御動作について説明する。騒音源Ｓから放射された騒音１２は、音源マイクロホン２０₁〜２０₃の各々で集音され、対応するプリアンプ２２₁〜２２₃の各々で増幅されて、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。ＤＳＰ処理装置２４の逆フィルタ２８₁〜２８₃の各々は、Ａ／Ｄ変換器２６₁〜２６₃の各々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Ｗ₁〜Ｗ₃とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。

ここで、図１０を参照して、逆フィルタ２８₁〜２８₃の作用について説明する。実線で表した関数ａ（ｔ）は、制御対象である経路Ａのインパルス応答であり、点線で表した関数ｂ（ｔ）は、逆フィルタ２８₁〜２８₃を備えないパス回路を通した場合の経路Ｂのインパルス応答である。両者を比較すれば分かるように、逆フィルタ２８₁〜２８₃を通すことで、インパルス応答ｂ（ｔ）の波形が整形されると共に時間移動され、実線で表した通り、制御対象と同一の波形となる。従って、これを逆相にして制御音として放射することにより、減音効果を得ることができる。

フィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₁〜３０₃に入力され、スピーカの配列順序に応じて遅延される。遅延された信号は、マルチチャンネル加算回路３２に入力され、スピーカ毎に加算される。スピーカ毎に加算された信号は、マルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４に入力され、Ｄ／Ａ変換されて、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、騒音の逆相波が、制御音１６としてスピーカユニット１４から制御点Ｃに向けて放射され、制御点Ｃにおいて騒音源Ｓからの騒音１２が、制御音１６により打ち消される。

このとき、防音壁１０に正面から入射して頂点で回折して広がる騒音（正面入射波）と同じ方向に放射された制御音１６が回折されて、正面入射波が打ち消される。また、防音壁１０に斜め方向から入射して頂点で回折して広がる騒音（斜め入射波）と同じ方向に放射された制御音１６が回折されて、斜め入射波が打ち消される。本実施の形態では、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、正面方向と斜め２方向とに制御音１６が放射される。

自動車の到来側に指向性を有する音源マイクロホン２０₁で集音された音波は、プリアンプで増幅され、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。Ａ／Ｄ変換器２６₁でＡ／Ｄ変換され、逆フィルタ２８₁でフィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₁に入力され、スピーカ１〜９の配列順序に応じて遅延される。即ち、図１１（Ａ）に示すように、スピーカ１〜９は、自動車の到来側（図面の左側）から自動車の通過側（図面の右側）に向って昇順で配列されており、スピーカ１〜９には、配列順に０、τ、２τ、３τ、４τ、５τ、６τ、７τ、８τの遅延時間が各々与えられている。このように、配列順序に応じて遅延させることで、点線で示すように、スピーカ１〜９を実際の配列方向と所定角度を成す方向に１列に配列した場合と同様に、斜め方向に制御音の波面を傾けることができる。即ち、斜め方向についても、音源が直線状に配列された「線音源」が疑似的に実現される。

図１２に示すように、複数（図では４個）のスピーカを、所定方向に間隔ｌ（ｍ）で１列に配列し、配列順に０、τ、２τ、３τの遅延時間を与える場合を考える。θはスピーカの配列方向に対して斜めに入射する騒音（入射波）の波面が成す角度、ｃは音速（ｍ／秒）である。この場合は、τ＝ｌｓｉｎθ／ｃ（秒）とすることで、スピーカを実際の配列方向と角度θを成す方向に１列に配列した場合と同様、角度θだけ制御音（逆相波）の波面を傾けることができ、斜め入射波を逆相波で効率良く打ち消すことができる。すなわち、θ、すなわち遅延時間τを定めることにより、スピーカの配列方向に対する制御音の波面を定めることができ、θ＝０、すなわち、τ＝０とすることにより、波面がスピーカの配列方向と平行の制御音を放射放射することができる。

正面方向に指向性を有する音源マイクロホン２０₂で集音された音波は、プリアンプで増幅され、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。Ａ／Ｄ変換器２６₂でＡ／Ｄ変換され、逆フィルタ２８₂でフィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₂に入力されるが、遅延時間を０に設定してあるので遅延はされない。従って、図１１（Ｂ）に示すように、スピーカ１〜９の配列方向と直交する方向（正面方向）に強い指向性を有する制御音が放射される。

自動車の通過側に指向性を有する音源マイクロホン２０₃で集音された音波は、プリアンプで増幅され、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。Ａ／Ｄ変換器２６₃でＡ／Ｄ変換され、逆フィルタ２８₃でフィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₃に入力され、スピーカ１〜９の配列順序に応じて遅延される。即ち、図１１（Ｃ）に示すように、スピーカ１〜９は、自動車の到来側から自動車の通過側に向って昇順で配列されており、スピーカ１〜９には、配列順に８τ、７τ、６τ、５τ、４τ、３τ、２τ、１τ、０の遅延時間が各々与えられている。このように、配列順序に応じて遅延させることで、点線で示すように、スピーカ１〜９を実際の配列方向と所定角度を成す方向に１列に配列した場合と同様、斜め方向に制御音の波面を傾けることができる。

図１３は、騒音源Ｓから伝播する騒音の制御点Ｃにおける音圧レベルの時間変化を示す。騒音源Ｓの位置は、自動車の走行に応じてＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点と変化するので、制御点Ｃにおける音圧レベルもこれに応じて変化する。実線は、ＡＮＣを行わない場合の音圧レベルである。点線は、正面入射波の制御のみを行う場合の音圧レベルであり、一点鎖線は、正面入射波の制御と斜め入射波の制御とを同時に行う場合の音圧レベルである。この図から分かるように、正面入射波の制御のみを行う場合は、騒音源Ｓが制御点Ｃの正面のＣ点に在る場合にだけ音圧レベルが低下するが、正面入射波の制御と斜め入射波の制御とを同時に行う場合には、騒音源Ｓの位置に拠らず全体的に音圧レベルが低下する。

また、図１４は、防音壁１０の周辺での音圧レベル分布のシミュレーション結果である。このシミュレーションは、高さ２ｍの防音壁が設けられた道路の防音壁から３．５ｍ離れ、かつ路面から０．５ｍの高さの位置に、パワーレベル０ｄＢの点音源を設定すると共に、防音壁の外側の地表面から１．５ｍの高さに受音点を設定し、無指向性点音源で厚みが無い条件で、Brown&Seniorの漸近式を使用（川井孝雄、学術論文（１９７９））して行った。この結果から分かるように、防音壁の外側では、正面だけでなく斜め方向にも音が伝搬している。

また、図２０は、正面方向のみ制御した場合の減音量のシミュレーション結果である。図１４の音圧レベルのシミュレーション結果に対して、図２０の減音量のシミュレーション結果を引いたものが、正面方向のみ制御した場合の音圧レベルのシミュレーション結果となる。

また、図２１は、斜め方向に制御音の波面を傾け、斜め方向のみ制御した場合の減音量のシミュレーション結果である。図１４の音圧レベルのシミュレーション結果に対して、図２１の減音量のシミュレーション結果を引いたものが、斜め方向のみ制御した場合の音圧レベルのシミュレーション結果となる。この結果から分るように、斜め方向に制御することにより、斜め方向の音に対しても効率よく制御することができる。

以上説明した通り、本実施の形態では、高速道路の防音壁に騒音制御ユニットが付設されているが、この騒音制御ユニットは、各々異なる方向に強い指向性を有する複数の音源マイクロホンを配置し、騒音の入射方向に応じて制御音を発生させることで、正面入射波と共に斜め入射波を制御し、移動音源である自動車の走行により種々の方向から伝播してくる騒音を効果的に低減することができる。

なお、上記ではマルチチャンネル加算回路でデジタル信号を加算した後にアナログ信号に変換する例について説明したが、逆フィルタ出力を複数に分割した後アナログ信号に変換し、マルチチャンネルアナログ加算回路を用いてアナログ信号を加算してスピーカに入力するようにしてもよい。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る交通騒音低減システムは、騒音制御ユニットを単一の音源マイクロホンと複数のスピーカユニットとを含んで構成した以外は、第１の実施の形態と同様の構成であるため、同一部分については説明を省略し相違点のみ説明する。

本実施の形態の騒音制御ユニットは、複数個防音壁に沿って配置されている。各騒音制御ユニットの構成は同一であるので、１つの騒音制御ユニットについて説明すると、騒音制御ユニット１０４は、図１５に示すように、防音壁１０の騒音源側に配置され、複数（図では３個）のスピーカユニット１４₁〜１４₃と、単一の音源マイクロホン２０ａとを備えている。

スピーカユニット１４₁〜１４₃は、防音壁１０に沿って所定間隔で配列され、スピーカユニット１４₁〜１４₃の各々は、複数（図では９個）のスピーカが防音壁１０に沿って１列に配列されたスピーカアレイ４０₁〜４０₃を備えている。なお、各スピーカユニットのスピーカ配列方向の長さは、例えば、５ｍ程度の長さとすることができる。従って、騒音制御ユニット１０４のスピーカ配列方向の長さは１５ｍ程度である。

音源マイクロホン２０ａは、中央のスピーカユニット１４₂の正面に配置され、制御対象となる騒音波の入射方向（図では、到来側と通過側の２つの斜め方向と正面方向の３方向）に強い指向性を有している。

スピーカユニット１４₁〜１４₃の各々は、第１の実施の形態と同様に、防音壁１０の頂点で制御音１６が回折するように、防音壁１０の上辺から所定距離離間して、防音壁１０の内側に配置されている。また、スピーカユニット１４₁〜１４₃の各々は、防音壁１０の頂点で回折された制御音１６が、防音壁１０の外側で且つスピーカユニット毎に設定された制御点Ｃ₁〜Ｃ₃に到達するように、防音壁１０の頂点に向って制御音１６を放射する。

また、騒音制御ユニット１０４のＤＳＰ処理装置２４は、プリアンプ２２を介して音源マイクロホン２０ａに接続されると共に、スピーカユニット１４₁〜１４₃の各々に接続されている。本実施の形態では、マルチチャンネルＤ／Ａ変換回路３４と各スピーカユニットとの間に、アナログ信号を加算するマルチチャンネルアナログ加算回路３６が接続されている。隣り合う騒音制御ユニットのマルチチャンネルアナログ加算回路は、相互に接続されている。なお、マルチチャンネルアナログ加算回路を各スピーカユニット内に設けて騒音制御ユニット単位で相互に接続すると共に、隣り合う騒音制御ユニットのマルチチャンネルアナログ加算回路を相互に接続するようにしてもよい。音源マイクロホン２０ａで集音された音波は、対応するプリアンプ２２で増幅され、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。

ＤＳＰ処理装置２４は、図１６に示すように、プリアンプ２２に対応して設けられたＡ／Ｄ変換器２６、フィルタ係数が予め設定された逆フィルタ２８₄〜２８₆、スピーカの配列順序に応じて信号を遅延する遅延回路３０₁〜３０₃、及びマルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４を備えている。逆フィルタ、遅延回路、スピーカユニットは、各々同じ個数設けられている。なお、フィルタ係数Ｗ₄、Ｗ₅、Ｗ₆の設定については、既に説明した通りである。

逆フィルタ２８₄〜２８₆の各々は、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。フィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₁〜３０₃に入力され、スピーカの配列順序に応じて遅延される。遅延回路３０₁〜３０₃で得られた遅延信号の各々は、マルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４に入力され、Ｄ／Ａ変換されて、マルチチャンネルアナログ加算回路３６で加算された後、対応するスピーカユニット１４₁〜１４₃に出力される。このとき、マルチチャンネルアナログ加算回路３６では、各スピーカアレイの対応する位置に位置するスピーカの各々に入力すべきアナログ信号を加算すると共に、必要に応じて隣接する騒音制御ユニットに入力すべきアナログ信号を加算してスピーカから出力する。これによって、騒音の移動に伴ってスピーカユニットから放音される音波の方向が変化するので、効率よく騒音を低減することができる。

本実施の形態では、自動車の到来側に配置されたスピーカユニット１４₁に出力される信号には、スピーカ１〜９に対応して、例えば、配列順に８τ、７τ、６τ、５τ、４τ、３τ、２τ、１τ、０の遅延時間が各々与えられる。また、自動車の通過側に配置されたスピーカユニット１４₃に出力される信号には、スピーカ１〜９に対応して、例えば、配列順に０、τ、２τ、３τ、４τ、５τ、６τ、７τ、８τの遅延時間が各々与えられる。このように、信号をスピーカの配列順序に応じて遅延させることで、図１５に点線で示すように、スピーカ１〜９を実際の配列方向と所定角度を成す方向に１列に配列した場合と同様、斜め方向に制御音の波面を傾けることができ、斜め入射波を逆相波で効率良く打ち消すことができる。

なお、中央のスピーカユニット１４₂に出力される信号は、遅延されない。従って、スピーカユニット１４₂からは、スピーカ１〜９の配列方向と直交する方向（正面方向）に強い指向性を有する制御音が放射される。

スピーカユニット１４₁〜１４₃は、対応するスピーカアレイ４０₁〜４０₃の外に、スピーカアレイ４０₁〜４０₃の各スピーカに対応してパワーアンプが配列されたパワーアンプアレイ３８₁〜３８₃を備えている。ＤＳＰ処理装置２４でスピーカユニット毎に処理されＤ／Ａ変換された信号は、対応するスピーカユニット１４₁〜１４₃のパワーアンプアレイ３８₁〜３８₃で増幅され、スピーカアレイ４０₁〜４０₃の各スピーカに出力される。

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１６としてスピーカユニット１４₁〜１４₃の各々から制御点Ｃ₁〜Ｃ₃に向けて放射され、制御点Ｃ1〜Ｃ3の各々において騒音源Ｓからの騒音１２が、制御音１６により打ち消される。

以上説明した通り、本実施の形態では、高速道路の防音壁に騒音制御ユニットが付設されているが、この騒音制御ユニットは、複数のスピーカユニットを備えており、騒音の入射方向に応じてスピーカユニット毎に異なる方向に制御音を発生させることで、正面入射波と共に斜め入射波を制御し、移動音源である自動車の走行により種々の方向から伝播してくる騒音を効果的に低減することができる。

また、単一の音源マイクロホンで集音された音波をＤＳＰ処理すると共に、騒音の入射方向に応じて設けられたスピーカユニット毎に処理を行うので、ＤＳＰ処理装置の構成が簡単になる。
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る交通騒音低減システムは、騒音制御ユニットを単一の音源マイクロホンと複数のスピーカユニットとを含んで構成した以外は、第１の実施の形態と同様の構成であるため、同一部分については説明を省略し相違点のみ説明する。

騒音制御ユニット１０６は、図１７に示すように、防音壁１０の騒音源側に配置された複数（図では３個）のスピーカユニット１４₄〜１４₆と、単一の音源マイクロホン２０ｂとを備えている。スピーカユニット１４₄〜１４₆は、防音壁１０に沿って所定間隔で配列され、スピーカユニット１４₄〜１４₆の各々は、複数（図では９個）のスピーカが防音壁１０に沿って１列に配列されたスピーカアレイ４０₄〜４０₆を備えている。音源マイクロホン２０ｂは、スピーカユニット１４₄に対し自動車の到来側に配置され、制御対象となる騒音波の入射方向（図では、自動車の到来側の斜め方向）に強い指向性を有している。

スピーカユニット１４₄〜１４₆の各々は、第１の実施の形態と同様に、防音壁１０の頂点で制御音１６が回折するように、防音壁１０の上辺から所定距離離間して、防音壁１０の内側に配置されている。また、スピーカユニット１４₄〜１４₆の各々は、防音壁１０の頂点で回折された制御音１６が、防音壁１０の外側で且つスピーカユニット毎に設定された制御点に到達するように、防音壁１０の頂点に向って制御音１６を放射する。

また、騒音制御ユニット１０６のＤＳＰ処理装置２４は、図１８に示すように、プリアンプ２２を介して音源マイクロホン２０ｂに接続されると共に、スピーカユニット１４₄〜１４₆の各々に接続されている。音源マイクロホン２０ｂで集音された音波は、対応するプリアンプ２２で増幅され、ＤＳＰ処理装置２４に入力される。

ＤＳＰ処理装置２４は、プリアンプ２２に対応して設けられたＡ／Ｄ変換器２６、フィルタ係数が予め設定された逆フィルタ２８₇〜２８₉、スピーカの配列順序に応じて信号を遅延する遅延回路３０₁〜３０₃、及びマルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４を備えている。なお、フィルタ係数Ｗ₇、Ｗ₈、Ｗ₉の設定については、既に説明した通りであり、本実施の形態においても第２の実施の形態と同様にマルチチャンネルアナログ加算回路３６が設けられている。

逆フィルタ２８₇〜２８₉の各々は、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。フィルタリング処理された信号は、遅延回路３０₁〜３０₃に入力され、スピーカの配列順序に応じて遅延される。遅延回路３０₁〜３０₃で得られた遅延信号の各々は、マルチチャンネルＤ／Ａ変換器３４に入力され、Ｄ／Ａ変換されて、マルチチャンネルアナログ加算回路３６で加算された後、対応するスピーカユニット１４₄〜１４₆に出力される。

本実施の形態では、自動車の到来側に配置されたスピーカユニット１４₄に出力される信号には、スピーカ１〜９に対応して、例えば、配列順に０、τ、２τ、３τ、４τ、５τ、６τ、７τ、８τの遅延時間が各々与えられる。また、中央に配置されたスピーカユニット１４₅に出力される信号には、スピーカ１〜９に対応して、例えば、配列順に０、２τ、４τ、６τ、８τ、１０τ、１２τ、１４τ、１６τの遅延時間が各々与えられる。更に、自動車の通過側に配置されたスピーカユニット１４₆に出力される信号には、スピーカ１〜９に対応して、例えば、配列順に０、３τ、６τ、９τ、１２τ、１５τ、１８τ、２１τ、２４τの遅延時間が各々与えられる。

このように、信号をスピーカの配列順序に応じて遅延させることで、図１７に点線で示すように、スピーカ１〜９を実際の配列方向と所定角度を成す方向に１列に配列した場合と同様、斜め方向に制御音の波面を傾けることができ、斜め入射波を逆相波で効率良く打ち消すことができる。

スピーカユニット１４₄〜１４₆は、対応するスピーカアレイ４０₄〜４０₆の外に、スピーカアレイ４０₄〜４０₆の各スピーカに対応してパワーアンプが配列されたパワーアンプアレイ３８₄〜３８₆を備えている。ＤＳＰ処理装置２４でスピーカユニット毎に処理されＤ／Ａ変換された信号は、加算された後、対応するスピーカユニット１４₄〜１４₆のパワーアンプアレイ３８₄〜３８₆で増幅され、スピーカアレイ４０₄〜４０₆の各スピーカに出力される。

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１６としてスピーカユニット１４₄〜１４₆の各々から対応する制御点に向けて放射され、制御点の各々において騒音源Ｓからの騒音１２が、制御音１６により打ち消される。

以上説明した通り、本実施の形態では、高速道路の防音壁に騒音制御ユニットが付設されているが、この騒音制御ユニットは、複数のスピーカユニットを備えており、騒音の入射方向に応じてスピーカユニット毎に異なる斜め方向に制御音を発生させることで、斜め入射波を制御し、移動音源である自動車の走行により種々の方向から伝播してくる騒音を効果的に低減することができる。

特に、スピーカユニットに対し自動車の到来側に音源マイクロホンを配置しているので、遠方から到来する斜め入射波、即ち、ドップラー効果を生じている音波を集音することができる。そして、この音波を元にして制御音を発生させるので、ドップラー効果にも対応することができる。また、制御音の波面を傾ける角度を、自動車の到来側から通過側に向って徐々に大きくすることで、種々の角度で入射する斜め入射波を効率良く打ち消すことができる。

また、単一の音源マイクロホンで集音された音波をＤＳＰ処理すると共に、騒音の入射方向に応じて設けられたスピーカユニット毎に処理を行うので、ＤＳＰ処理装置の構成が簡単になる。
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態に係る交通騒音低減システムは、第２の実施の形態の騒音制御ユニット１０４と、第３の実施の形態の騒音制御ユニット１０６とを組合せて構成したものである。この構成によれば、騒音制御ユニット１０４により騒音制御ユニット１０４の正面近傍に位置する消音範囲１内の騒音を制御、低減することができると共に、騒音制御ユニット１０６により騒音制御ユニット１０４の斜め方向に位置する消音範囲２内の騒音を制御、低減することができる。

消音範囲２に到来する騒音は、ドップラー効果を生じている。騒音制御ユニット１０４では、中央のスピーカユニットの正面に音源マイクロホン２０ａを配置し、この音源マイクロホン２０ａで集音された音波をＤＳＰ処理して制御音を発生させるので、ドップラー効果には対応することができない。

一方、騒音制御ユニット１０６では、スピーカユニットに対し自動車の到来側に音源マイクロホン２０ｂを配置しているので、遠方から到来する斜め入射波、即ち、ドップラー効果を生じている音波を集音し、この音波を元にして制御音を発生させるので、ドップラー効果にも対応することができる。

以上説明した通り、本実施の形態では、正面入射波と共に斜め入射波を制御し、移動音源である自動車の走行により種々の方向から伝播してくる騒音を、より広い領域で効果的に低減することができる。

なお、上記の第１、第２、及び第４の実施の形態では、正面方向と斜め前方向とから入射する騒音を低減する例について説明したが、正面方向、斜め前方向、及び斜め後ろ方向とから入射する騒音を低減するように、騒音制御ユニットを構成してもよい。

また、スピーカとしては、一般に使用されるボックス型のスピーカを用いることもできるが、防音壁に取り付けて使用するため、コンパクトな平面スピーカを用いることが好ましい。

上記各実施の形態では、マイクロホンとして指向性が異なる複数種類のマイクロホンを用いる例について説明したが、一方向、例えば正面方向に指向性を有する一種類のマイクロホンを用いるようにしてもよい。

次に、スピーカユニット及びマイクロホンの取り付け位置の変形例について説明する。上記では、防音壁の上辺にスピーカユニットを取り付けた例について説明したが、スピーカユニット及びマイクロホンは、以下で説明するように取り付けるようにしてもよい。なお、以下では１つのスピーカユニット及びこのスピーカユニットに対応するマイクロホンについて説明するが、他のスピーカユニット及びマイクロホンについても同様であるので、説明を省略する。

図２２（１）の変形例は、遮音板６２を防音壁１０の上辺側の内側壁面に水平に取り付け、スピーカユニット１４_k（ｋは、例えば１〜６である）を遮音板６２の上面の略中央部に取り付けると共に、マイクロホン２０をスピーカユニットの下側で防音壁から防音壁の内側に離れた位置に配置したものである。この変形例の場合、制御音は斜め上方に放音されるため、騒音の直接音を低減する場合に好適である。

図２２（２）の変形例は、遮音板６２の一端側を防音壁１０の上辺に固定して遮音板６２を防音壁の内側に張り出すように水平に取り付け、スピーカユニット１４_kを遮音板６２の上面の防音壁１０への固定側と反対の縁側に取り付けると共に、マイクロホン２０をスピーカユニットの下側で防音壁から防音壁の内側に離れた位置に配置したものである。

図２２（３）の変形例は、遮音板６２の一端側を防音壁１０の上辺に固定して遮音板６２を防音壁の外側に張り出すように水平に取り付け、スピーカユニット１４_kを遮音板６２の上面の防音壁１０への固定側と反対の縁側に取り付けると共に、マイクロホン２０を防音壁の下側内壁面に配置したものである。

図２２（４）の変形例は、図２２（３）の変形例と同様に遮音板６２を取り付け、スピーカユニット１４_kを遮音板６２の下面の防音壁１０への固定側と反対の縁側に取り付けると共に、マイクロホン２０を防音壁の上側内壁面から離れた位置にに配置したものである。

図２２（５）の変形例は、遮音板を用いることなくスピーカユニット１４_kを防音壁の上辺に沿って取り付けると共に、マイクロホン２０を防音壁の下側内壁面に配置したものである。

アクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ）の消音原理を説明するための図である。 従来のＡＮＣシステムを備えた防音障壁の構成を示す概略図である。 （Ａ）は、高速道路を走行する自動車（騒音源Ｓ）、騒音の観測点Ｏ、及び騒音低減の制御区間Ｌの位置関係を示す図であり、（Ｂ）は、騒音源Ｓの各位置から伝播する騒音の観測点Ｏにおける音圧レベルを示すグラフである。 制御区間Ｌにおける騒音制御ユニットの配置を示す平面図である。 第１の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示す平面図である。 第１の実施の形態の騒音制御ユニットを防音壁に垂直な面で切断した模式的な断面図である。 第１の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 遅延回路の回路構成を示すブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、制御点に配置されたマイクロホンの入力に基づくインパルス応答を示す線図である。 ＤＳＰ処理装置の逆フィルタの作用を説明するための説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の騒音制御ユニットから正面方向と斜め２方向とに制御音が放射される原理を説明するための説明図である。 遅延時間τと制御音の波面の傾きθとの関係を説明する説明図である。 騒音源Ｓから伝播する騒音の制御点Ｃにおける音圧レベルの時間変化を示すグラフである。 第１の実施の形態の騒音制御ユニット近傍での音圧レベルの変化をシミュレーションした結果を示す線図である。 第２の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示す平面図である。 第２の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示す平面図である。 第３の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態の騒音制御ユニットの概略構成を示す平面図である。 第１の実施の形態において、正面方向のみ制御した場合の減音量のシミュレーション結果を示す線図である。 第１の実施の形態において、斜め方向に制御音の波面を傾け、斜め方向にのみ制御した場合の減音量のシミュレーション結果を示す線図である。 スピーカユニット及びマイクロホンの取り付け位置を示す変形例を示す図である。

符号の説明

Ｓ 騒音源
Ｏ 観測点
Ｃ 制御点
Ｌ 制御区間
１０ 防音壁
１２ 騒音
１４、１４₁〜１４6 スピーカユニット
１６ 制御音
２０、２０₁〜２０₃、２０ａ、２０ｂ 音源マイクロホン
２２、２２₁〜２２₃ プレアンプ
２４ ＤＳＰ処理装置
２８₁〜２８₉ 逆フィルタ
３０₁〜３０₃ 遅延回路
３２ マルチチャンネル加算回路
３４ マルチチャンネルＤ／Ａ変換器
３６ マルチチャンネルアナログ加算回路
３８、３８₁〜３８₆ パワーアンプアレイ
４０、４０₁〜４０₆ スピーカアレイ
１００ 高速道路
１０２、１０４、１０６ 騒音制御ユニット

Claims (7)

1. 騒音源から放射され且つ該騒音源から放射された騒音を低減する防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された騒音集音マイクロホンと、
   前記防音壁の外側に設定された制御点に配置された制御点マイクロホン出力と前記騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算されたフィルタ係数と、前記騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した制御信号を出力するフィルタと、
   複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源と、
   前記複数のスピーカの各々に、前記制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた遅延制御信号を、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力する入力回路と、
   を含む騒音低減装置。
2. 前記制御音源を複数個設け、入力回路によって、前記制御音源毎に、該制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記遅延制御信号を、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力する請求項１に記載の騒音低減装置。
3. 騒音源から放射され且つ該騒音源から放射された騒音を低減する防音壁に対して斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第１の騒音集音マイクロホンと、
   前記騒音源から放射され且つ前記防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第２の騒音集音マイクロホンと、
   前記防音壁の外側に設定された制御点に配置された制御点マイクロホン出力と前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第１のフィルタ係数と、前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第１の制御信号を出力する第１のフィルタと、
   前記制御点マイクロホン出力と前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第２のフィルタ係数と、前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第２の制御信号を出力する第２のフィルタと、
   複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源と、
   前記複数のスピーカの各々に、前記第１の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた第１の遅延制御信号を、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力すると共に、前記複数のスピーカの各々に、前記第２の制御信号を入力する入力回路と、
   を含む騒音低減装置。
4. 前記制御音源を複数個設け、入力回路によって、所定の制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記第１の遅延制御信号を前記複数のスピーカの配列順に応じて入力すると共に、他の制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記第２の制御信号を入力する請求項３に記載の騒音低減装置。
5. 騒音源から放射され且つ該騒音源から放射された騒音を低減する防音壁に対して第１の斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第１の騒音集音マイクロホンと、
   前記騒音源から放射され且つ前記防音壁に対して正面方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第２の騒音集音マイクロホンと、
   前記騒音源から放射され且つ前記防音壁に対して前記第１の斜め方向と異なる第２の斜め方向から入射する騒音を集音する指向性を有し、且つ前記防音壁の内側に配置された第３の騒音集音マイクロホンと、
   前記防音壁の外側に設定された制御点に配置された制御点マイクロホン出力と前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるよう演算された第１のフィルタ係数と、前記第１の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第１の制御信号を出力する第１のフィルタと、
   前記制御点マイクロホン出力と前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第２のフィルタ係数と、前記第２の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第２の制御信号を出力する第２のフィルタと、
   前記制御点マイクロホン出力と前記第３の騒音集音マイクロホン出力とに基づいて前記制御点における騒音が低減されるように演算された第３のフィルタ係数と、前記第３の騒音集音マイクロホン出力とに基づいてデジタルフィルタ処理した第３の制御信号を出力する第３のフィルタと、
   複数のスピーカが所定方向に配列されると共に、該複数のスピーカの各々から放射される音で構成される制御音が前記制御点に到達するように配置された制御音源と、
   前記複数のスピーカの各々に、前記第１の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた第１の遅延制御信号と、前記第３の制御信号を前記防音壁への騒音の入射方向に応じて所定時間ずつ遅延させた第２の遅延制御信号とを、前記複数のスピーカの配列順序に応じて入力すると共に、前記複数のスピーカの各々に、前記第２の制御信号を入力する入力回路と、
   を含む騒音低減装置。
6. 前記制御音源を複数個設け、入力回路によって、所定の制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記第１の遅延制御信号を前記複数のスピーカの配列順に応じて入力すると共に、他の制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記第２の制御信号を入力し、更に他の制御音源を構成する前記複数のスピーカの各々に、前記第２の遅延制御信号を前記複数のスピーカの配列順に応じて入力する請求項５に記載の騒音低減装置。
7. 放音方向が所定方向を向くように配列された複数個のスピーカを備えた複数の制御音源と、
   前記制御音源と前記騒音源との間に配置されて、前記騒音源から放音された騒音を集音し、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、
   前記音響信号と逆位相の制御音を放音するための制御信号を出力する制御信号出力手段と、
   前記制御信号を予め定められた時間ずつ遅延させた複数の遅延制御信号を出力する遅延手段と、
   前記制御信号がいずれかの制御音源の前記スピーカの各々に同時に入力され、かつ制御音源の一端側のスピーカから他端側のスピーカに向かって遅延時間が徐々に長くなるように前記遅延制御信号の各々が他の制御音源の前記スピーカの各々に入力されるように制御する制御手段と、
   を含む騒音低減装置。

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