JP2007121827A - アクティブ消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消音効果の高いアクティブ消音装置を提供すること。
【解決手段】所定の壁に対する進入音を検出する複数の進入音検出手段と、当該各進入音検出手段にそれぞれ対となって設置され壁を振動させる各振動発生手段と、各進入音検出手段による各検出値に応じてそれぞれ進入音を消音させる振動を壁に生じさせるよう対となる各振動発生手段を振動制御する振動制御装置と、を備え、各進入音検出手段を、対となる各振動発生手段による壁の振動箇所近辺にそれぞれ配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブ消音装置にかかり、特に、壁に対して進入する騒音を能動的に消音する装置に関する。

従来のアクティブ消音装置の構成を、図６を参照して説明する。ここで説明するアクティブ消音装置は、防音壁１０５内に進入する騒音（進入音Ａ１０１〜Ａ１０７）を消音し、防音壁１０５にて囲まれた空間内をより静かに保つために設置されている。そして、具体的には、防音壁１０５の周辺に設置されたマイク１１１と、防音壁１０５の内部に設置されたスピーカ１２１と、このスピーカ１２１から進入音を消音するキャンセリング音を発生させるための信号処理を行うＡ／Ｄ変換機１０４、ＤＳＰ１０３、Ｄ／Ａ変換機１０２、アンプ１０１と、を備えている。

そして、このアクティブ消音装置によると、マイク１１１近傍の進入音Ａ１０１や進入音Ａ０１２に対しては、スピーカ１２１から出力されたキャンセリング音にてより有効なキャンセリング効果を得ることができる。しかし、マイク１１１遠方の進入音Ａ１０３、進入音Ａ１０４に対しては、キャンセリング効果が低くなってしまう。また、スピーカ１２１から発生するキャンセリング音の音波の方向が、進入音Ａ１０２、進入音Ａ１０３、進入音Ａ１０４に対しては直角となるため、特に進入音Ａ１０４に対しては、キャンセリング音の音圧低下とキャンセリング音伝播により遅延が生じ、十分なキャンセリング効果が得られなくなってしまう。さらに、進入音Ａ１０５、進入音Ａ１０６、進入音Ａ１０７に対しては、進入音の方向とマイク１１１からの距離により、ますますキャンセリング効果が得られない、という問題が生じていた。

つまり、上述した従来例では、１つのマイクと１つのスピーカにより内部に発生する外部からの侵入音をキャンセリングしていたため、マイク遠方の進入音に対しては、キャンセリング効果が低くなるという問題が生じていた。さらに、スピーカから発生するキャンセリング音の音波の方向と進入音進入音の方向が異なるとスピーカからの遠方からの侵入音に対してはキャンセリング音の音圧低下とキャンセリング音伝播により遅延が生じ、十分なキャンセリング効果が得られなくなる、という問題が生じていた。

一方で、下記特許文献１，２，３に示すように、複数のマイクと、キャンセリング音を発生する複数のアクチュエータと、を備えた装置が開示されている。特許文献１記載の消音装置は、コンピュータなどの筐体内に設置され、騒音を発生する送風機から外部に通ずる伝播路上に設置されており、複数の伝播路ごとに、騒音を検出し、これに適応した消音を行うことを特徴としている。また、特許文献２記載の消音装置は、騒音源が設置された閉空間内の任意の箇所にマイクが設置され、かかるマイクによる出力が小さくなるようキャンセリング音を発生させるスピーカが閉空間を形成する壁に設置されている。さらに、特許文献３記載の消音装置は、防音壁のエッジ部分にマイクを設置し、かかるマイクにて検出した音を消音するようスピーカから付加音を出力する、という装置である。

特開平８−１４６９７０号公報 特開平７−２１９５５７号公報 特開平１０−２６８８７３号公報

しかしながら、上記従来例における消音装置では、以下のような不都合があった。まず、上記特許文献１に開示された従来例における消音装置では、特定の伝播路を通過する騒音しか効果的に消音することができず、あらゆる方向に出力される騒音に対しては効果的に対応することができない、という問題が生じる。

また、上記特許文献２に開示された従来例における消音装置では、閉空間の特定の場所（マイク設置場所）にて消音するよう構成されており、上述同様に、あらゆる方向に出力される騒音に対しては効果的に対応することができない、という問題が生じる。

さらに、上記特許文献３に開示された従来例における消音装置は、防音壁の上部を通過する騒音に対する消音装置であって、防音壁を透過する騒音に対する消音を考慮しておらず、当該防音壁を透過した騒音は依然として残存したままである、という問題が生じる。

このため、本発明では、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、消音効果の高いアクティブ消音装置を提供することをその目的とする。

そこで、本発明であるアクティブ消音装置は、所定の壁に対する進入音を検出する複数の進入音検出手段と、当該各進入音検出手段にそれぞれ対となって設置され壁を振動させる各振動発生手段と、各進入音検出手段による各検出値に応じてそれぞれ進入音を消音させる振動を壁に生じさせるよう対となる各振動発生手段を振動制御する振動制御装置と、を備え、
各進入音検出手段を、対となる各振動発生手段による壁の振動箇所近辺にそれぞれ配置した、
ことを特徴としている。

上記発明によると、まず、壁の所定箇所に設置された侵入音検出手段にて進入音が検出されると、この進入音検出手段と対となる振動発生手段によって、検出された進入音を消音させる振動が壁に発生される。すると、壁の上記進入音検出手段に近接した箇所、つまり、上記進入音が進入する壁部分が振動し、上記進入音が消音される。このとき、進入音検出手段と壁の振動させる箇所との距離が近いため、消音用に発生される振動の方向と距離差による遅延などを抑制することができ、壁を介した消音効果の増大を図ることができる。

また、振動発生手段を壁に設置した、ことを特徴としている。これにより、振動発生手段にて直接壁を振動させるため、より効果的に壁に消音用の振動を発生させることができ、より消音効果の増大を図ることができる。

また、複数の進入音検出手段を、壁に沿って配置した、ことを特徴としている。さらに、進入音検出手段は、当該進入音検出手段に対応する壁の振動箇所におけるあらゆる方向からの進入音を検出する、ことを特徴としている。これにより、壁に対するあらゆる方向からの進入音に対して消音振動を発生させることができ、より効果的な消音を実現することができる。

また、振動制御装置は、進入音検出手段と、対となる振動発生手段による壁の振動発生箇所と、の距離に基づいて、振動発生手段の振動を制御する、ことを特徴としている。これにより、進入音の検出箇所と消音用振動の発生箇所との距離が短いため、消音用の振動制御が容易となり、より消音効果の高い振動を発生させることができる。

また、振動制御装置は、壁の振動特性や、振動発生手段の振動特性に基づいて当該振動発生手段の振動を制御したり、さらには、進入音検出手段にて検出される壁の振動音が最小となるよう振動発生手段の振動を制御する、ことを特徴としている。これにより、種々の特性を考慮してより消音効果の高い振動を発生させることができる。特に、消音用の振動音の消音をも図ることができ、さらに効果的な消音を実現できる。

ここで、上述した壁は、防音壁であると望ましい。これにより、進入音が壁を透過する際にも消音され、より消音効果の増大を図ることができる。

また、振動発生手段によって振動される防音壁と、当該防音壁に対して進入音の進入側に設置された第２の防音壁と、の間に、各進入音検出手段を配置した、ことを特徴としている。さらに、２つの防音壁の間に設けられた複数の仕切り壁によって形成された各空間ごとに、各進入音検出手段をそれぞれ配置すると共に、進入音検出手段とこれに対応する振動箇所とが仕切り壁によって仕切られた同一空間内に位置するよう設定した、ことを特徴としている。

これにより、進入音は、振動発生手段による振動によって消音される前に第２の防音壁を透過することで消音されるため、さらなる消音を図ることができる。そして、さらに、消音空間を仕切ることで、他の空間の消音用振動との干渉を抑制でき、さらなる効果的な消音を実現できる。

また、本発明では、振動発生手段によって振動される防音壁と、当該防音壁に対して進入音の進入側に設置された第２の防音壁と、を備え、２つの防音壁の間に各進入音検出手段を配置した、ことを特徴としている。さらに、２つの防音壁の間を、各進入音検出手段とこれに対応する振動箇所とが同一空間内に位置するよう他の進入音検出手段が配置された空間をそれぞれ仕切る仕切り壁を設けた、ことを特徴としている。そして、上記仕切り壁は、防音壁であると望ましい。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、進入音検出手段と壁の振動させる箇所との距離が近いため、消音用に発生させる振動の方向と距離差による遅延などを抑制することができ、壁を介してあらゆる方向からの進入音を消音できるといった消音効果の増大を図ることができる、という従来例にない優れた効果を有する。

本発明のアクティブ消音装置は、マイクで検出した音波に基づいてキャンセリング信号を生成し、スピーカよりキャンセリング信号を出力することによって、あらゆる方向から到来する音波を均等に消音する、という構成であることを特徴としている。以下、実施例にて詳細に説明する。

本発明の第１の実施例を、図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図２は、アクティブ消音装置の構成を示す概略図であり、図３は、その動作を示すフローチャートである。

［構成］
まず、本実施例におけるアクティブ消音装置は、防壁音５にて囲まれた所定の部屋に設置されている。そして、この部屋は、例えば、消音が必要なコンサートホールや映画館などであってもよく、一般住宅の一室であってもよい。さらには、自動車の車内であってもよい。なお、防壁音５は、防音効果を有しない単なる壁であってもよい。

そして、アクティブ消音装置は、図１に示すように、防音壁５に進入する進入音（Ａ１〜Ａ５）を検出する複数のマイク１１〜１５（進入音検出手段）と、各マイク１１〜１５と対となってそれぞれ防音壁５に設置された複数のアクチュエータ２１〜２５（振動発生手段）と、上記マイク１１〜１５が拾った進入音Ａ１〜Ａ５に対応して当該進入音をそれぞれ消音させるキャンセリング信号を生成して上記アクチュエータ２１〜２５から出力するよう制御する振動制御装置１０と、を備えている。以下、各構成について詳述する。

まず、マイク１１〜１５とアクチュエータ２１〜２５とは、それぞれが対となるよう設定されており、例えば、図１の例では、符号１１のマイクに対して符号２１のアクチュエータが対となっており、同様に、符号１２と符号２２、符号１３と符号２３、符号１４と符号２４、符号１５と符号２５、がそれぞれ対となっている。

そして、各アクチュエータ２１〜２５は、後述する振動制御装置１０にて駆動制御されることよって自ら振動し、これによって防音壁５を振動させるよう当該防音壁５に固着して設置されている。また、各マイク１１〜１５は、上記防音壁５にて囲まれた室内に対して外側、つまり、防音壁５内への進入音Ａ１〜Ａ５が進入してくる側に設置されており、特に、対となる各アクチュエータ２１〜２５の近傍に設置されている。従って、上記アクチュエータ２１〜２５が防音壁５の周囲に一様に設置されているとすると、マイク１１〜１５は、防音壁５の周囲に当該壁に沿って配置される。また、このマイク１１〜１５は、指向性を有さず、いかなる方向からの進入音をも検出することができ、これによって、アクチュエータ２１〜２５が設置された箇所に進入するあらゆる進入音を検出することができる。また、これに伴い、後述するように、アクチュエータ２１〜２５から発生されるキャンセリング信号（振動音）をも検出することができる。

なお、図１に示す例では、防音壁５の一部にしかアクチュエータ２１〜２５とマイク１１〜１５が設置されていないが、かかる配置に限定されない。防音壁５全体に、まばらに、あるいは、所定の間隔にて設置されている。

次に、振動制御装置１０について説明する。上述したマイク１１〜１５及びアクチュエータ２１〜２５は、振動制御装置１０に接続されており、この振動制御装置１０は、マイク１１〜１５にて検出した進入音（検出値）を入力とし、これに基づいて生成された進入音を消音させるキャンセリング信号をアクチュエータ２１〜２５に出力する。具体的には、振動制御装置１０は、図１に示すように、各マイク１１〜１５が拾う進入音を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機４と、このデジタル信号を入力してキャンセリング信号を生成するＤＳＰ３と、このキャンセリング信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換機２と、キャンセリング信号を各アクチュエータ２１〜２５に出力し当該各アクチュエータ２１〜２５を振動駆動させるアンプ１と、を備えている。ここで、キャンセリング信号を生成するＤＳＰ３は、さらに以下の構成となっている。

ＤＳＰ３は、図２に示すように、各マイク１１〜１５及び対となる各アクチュエータ２１〜２５に対応して、それぞれフィルタ３１（Ｆｉｌｔｅｒ）と、キャンセリング信号生成処理部３２と、が備えられている。そして、各フィルタ３１は、進入音Ａ１〜Ａ５をフィルタ処理する。このフィルタ処理は、対となるマイクとアクチュエータ（振動発生箇所）との距離や、防音壁５の振動特性、さらには、アクチュエータの振動特性、に基づいて、効果的に消音できるようにアクチュエータの振動を制御するよう処理を行う。具体的には、進入音とアクチュエータとの位置関係で生じる周波数特性の補正や、進入音と防音壁を透過する透過音との周波数特性の補正、さらには、アクチュエータにより発生する音の周波数特性の補正を行なう。つまり、進入音Ａ１等が防音壁５を透過し残音Ｂ１等となる際の周波数変化を補正する。なお、これらの補正値は、予め計測された各特性の値に基づいて設定される。例えば、予め計測した進入音Ａ１等と残音Ｂ１等との周波数特性の差から周波数補正値を算出する。

また、フィルタ３１（Ｆｉｌｔｅｒ）によるフィルタ処理として、マイクにて検出される上記アクチュエータにて発生させた振動音が最小となるよう、当該アクチュエータの振動を制御する処理も行われる。つまり、後述するように、進入音は、防音壁が振動することにより生じるキャンセリング音にて減衰されるが、このキャンセリング音をマイクにて拾って、当該キャンセリング音が最小となるよう適用フィルタ処理を行う。なお、適用フィルタ処理は、一般的に用いられている種々のアルゴリズムが適用可能である。

そして、上記キャンセリング信号生成処理部３２は、フィルタ処理後の信号より逆位相のキャンセリング信号を生成し、Ｄ／Ａ変換機２に出力する。これにより、各キャンセリング信号はアナログ信号に変換され、アンプ１を経由して、アクチュエータが駆動される。その結果、防音壁５を透過する透過音が進入音Ａ１〜Ａ５に対して減衰され、残音Ｂ１〜Ｂ５として内部に進入することとなるが、各方面からの進入音をキャンセリングすることができる。

［動作］
次に、上記構成のアクティブ消音装置の動作を、図３のフローチャート及び上述した図１を参照して説明する。以下では、特に、符号１１に示すマイクと、このマイク１１と対となっている符号２１に示すアクチュエータの動作について説明する。

まず、マイク１１が進入音Ａ１を拾うと（ステップＳ１）、この進入音はＡ／Ｄ変換機４にてデジタル信号に変換され（ステップＳ２）、ＤＳＰ３に入力される。そして、ＤＳＰ３に入力された信号は、フィルタ３１によってフィルタ処理される。このフィルタ処理は、上述したように、周波数特性の補正を行うと共に（ステップＳ３）、マイクの拾う進入音が最小となるようにフィルタ特性をアクティブ制御する適応フィルタ処理を行う（ステップＳ４）。

続いて、キャンセリング信号生成処理部３２にて、フィルタ処理後の信号より逆位相のキャンセリング信号が生成される（ステップＳ５）。そして、このキャンセリング信号は、Ｄ／Ａ変換機２によりアナログ信号に変換され（ステップＳ６）、アンプ１を経由して、アクチュエータ２１が駆動される。すると、このアクチュエータの駆動により防音壁５が振動し、ここから発生するキャンセリング音が出力される（ステップＳ７）。これにより、進入音Ａ１は減衰される。なお、その後も、この減衰が最大となるように、マイク１１に入力される上記キャンセリング音が最小となるような適応フィルタ処理が行なわれる（ステップＳ１〜Ｓ７）。その結果、防音壁５を通る透過音が減衰され、残音Ｂ１が防音壁５に囲まれた内部に進入しうる。

なお、上記処理は、他の各マイク１２〜１５にて検出した進入音Ａ２〜Ａ５に対しても同様に行われ、それぞれキャンセリング信号が生成される。そして、各マイク１２〜１５と対となる各アクチュエータ２２〜２５が駆動され、防音壁５が振動させることにより、上述同様に各進入音Ａ２〜Ａ５が減衰されて、各残音Ｂ２〜Ｂ５が防音壁５の内部へ進入しうる。

以上のように、本発明によると、まず、複数のマイクとアクチュエータを防音壁沿いに設置して当該防音壁を振動させることで消音処理を行っているので、各方向からの進入音をより効果的に消去することができる。特に、防音壁に設置したアクチュエータによる当該防音壁の振動により、広い範囲にキャンセリング音が発生するので、広範囲に進入する音をキャンセリングすることができる。そして、マイクと振動発生箇所との距離が近いため、消音用に発生させる振動の方向と距離差による遅延などを抑制することができ、壁を介した消音効果の増大を図ることができる。さらには、複数のマイクとアクチュエータをそれぞれ近傍に設置し、進入音と透過音のフィルタ処理を行なっているので、さらに効果的なキャンセリング効果を得られる。

ここで、上述したアクチュエータ２１〜２５は、必ずしも防音壁５に固着して設置されていることに限定されず、かかるアクチュエータの振動を防音壁５に伝達するよう設置されていてもよい。そして、このアクチュエータによる振動箇所の近辺に対となるマイクがそれぞれ設置されていてもよい。

次に、本発明の第２の実施例を、図４乃至図５を参照して説明する。図４は、本実施例における消音装置の構成を示す図であり、図５はその変形例を示す図である。

本実施例では、防音壁５が２重に形成されている。つまり、図４に示すように、上述したようにアクチュエータ２１〜２３が設置された防音壁５の他に、その外周つまり進入音Ａ１〜Ａ３の進入側に設置された第２の防音壁６が備えられている。そして、これら２つの防音壁５，６の間は空気層が形成されており、この空気層に、上記アクチュエータ２１〜２３と対となるマイク１１〜１３が設置されている。これにより、進入音Ａ１〜Ａ３は、まず第２の防音壁６を透過することで消音され、その後の残音がマイク２１〜２３にて検出されて、上述同様にアクチュエータ２１〜２３による防音壁５の振動にて消音される。従って、より遮音効果が高まる。

また、図５には、さらなる変形例を示す。かかる例では、上記２重の防音壁５，６の間の空間を、当該防音壁５，６の外部から内部に向かう方向に仕切る仕切り壁６１〜６４が設けられている。つまり、図５の例では、防音壁５，６に対して垂直に仕切り壁６１，６４が配置されている。そして、仕切られた１つの空間内には、１対のマイクとアクチュエータが設置される。なお、上記仕切り壁６１〜６４は、防音壁にて形成されている。

このようにすることで、それぞれ対となるマイクとアクチュエータが、それぞれ仕切り壁６１〜６４にて仕切られた各空間に位置することとなる。従って、外部からの進入音の経路が２つの防音壁５，６の間の空気層により分断されるため、他の経路による進入音やキャンセリング音の干渉を防ぐことができる。その結果、より正確なキャンセリングを広範囲で行うことができる。

本発明であるアクティブ消音装置は、コンサートホールや自動車など、騒音を排除したい空間を形成する壁に設置することができ、産業上の利用可能性を有する。

実施例１におけるアクティブ消音装置の構成を示す概略図である。 図１に開示したＤＳＰの構成を示すブロック図である。 実施例１におけるアクティブ消音装置の動作を示すフローチャートである。 実施例２におけるアクティブ消音装置の構成を示す概略図である。 実施例２におけるアクティブ消音装置の構成の変形例を示す概略図である。 従来例におけるアクティブ消音装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ アンプ
２ Ｄ／Ａ変換機
３ ＤＳＰ
４ Ａ／Ｄ変換機
５ 防音壁（壁）
６ 第２の防音壁
１０ 振動制御装置
１１〜１５ マイク（進入音検出手段）
２１〜２５ アクチュエータ（振動発生手段）
３１ フィルタ
３２ キャンセリング信号生成処理部
Ａ１〜Ａ５ 進入音
Ｂ１〜Ｂ５ 残音

Claims (14)

1. 所定の壁に対する進入音を検出する複数の進入音検出手段と、当該各進入音検出手段にそれぞれ対となって設置され前記壁を振動させる各振動発生手段と、前記各進入音検出手段による各検出値に応じてそれぞれ前記進入音を消音させる振動を前記壁に生じさせるよう対となる前記各振動発生手段を振動制御する振動制御装置と、を備え、
   前記各進入音検出手段を、対となる前記各振動発生手段による前記壁の振動箇所近辺にそれぞれ配置した、
   ことを特徴とするアクティブ消音装置。
2. 前記振動発生手段を前記壁に設置した、ことを特徴とする請求項１記載のアクティブ消音装置。
3. 前記複数の進入音検出手段を、前記壁に沿って配置した、ことを特徴とする請求項１又は２記載のアクティブ消音装置。
4. 前記進入音検出手段は、当該進入音検出手段に対応する前記壁の振動箇所におけるあらゆる方向からの進入音を検出する、ことを特徴とする請求項１，２又は３記載のアクティブ消音装置。
5. 前記振動制御装置は、前記進入音検出手段と、対となる前記振動発生手段による前記壁の振動発生箇所と、の距離に基づいて、前記振動発生手段の振動を制御する、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のアクティブ消音装置。
6. 前記振動制御装置は、前記壁の振動特性に基づいて前記振動発生手段の振動を制御する、ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のアクティブ消音装置。
7. 前記振動制御装置は、前記振動発生手段の振動特性に基づいて当該振動発生手段の振動を制御する、ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載のアクティブ消音装置。
8. 前記振動制御装置は、前記進入音検出手段にて検出される前記壁の振動音が最小となるよう前記振動発生手段の振動を制御する、ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のアクティブ消音装置。
9. 前記壁は、防音壁である、ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載のアクティブ消音装置。
10. 前記振動発生手段によって振動される前記防音壁と、当該防音壁に対して前記進入音の進入側に設置された第２の防音壁と、の間に、前記各進入音検出手段を配置した、ことを特徴とする請求項９記載のアクティブ消音装置。
11. 前記２つの防音壁の間に設けられた複数の仕切り壁によって形成された各空間ごとに、前記各進入音検出手段をそれぞれ配置すると共に、前記進入音検出手段とこれに対応する振動箇所とが前記仕切り壁によって仕切られた同一空間内に位置するよう設定した、ことを特徴とする請求項１０記載のアクティブ消音装置。
12. 前記振動発生手段によって振動される前記防音壁と、当該防音壁に対して前記進入音の進入側に設置された第２の防音壁と、を備え、前記２つの防音壁の間に前記各進入音検出手段を配置した、ことを特徴とする請求項９記載のアクティブ消音装置。
13. 前記２つの防音壁の間を、前記各進入音検出手段とこれに対応する振動箇所とが同一空間内に位置するよう他の進入音検出手段が配置された空間をそれぞれ仕切る仕切り壁を設けた、ことを特徴とする請求項１２記載のアクティブ消音装置。
14. 前記仕切り壁は、防音壁である、ことを特徴とする請求項１３記載のアクティブ消音装置。
    
    

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