JP6164462B2

JP6164462B2 - 騒音低減システム

Info

Publication number: JP6164462B2
Application number: JP2013082946A
Authority: JP
Inventors: 文裕宮瀬; 昌利宇野; 日出夫森; 谷川　将規; 将規谷川
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2033-04-11
Also published as: JP2014206585A

Description

本発明は、ダンプトラック等の騒音を低減する騒音低減システムに関する。

従来、高速道路などに設置される逆位相音を用いた騒音低減システムが知られている。このような騒音低減システムは、騒音に音に逆位相の音波を干渉させて打ち消す能動騒音制御（ＡＮＣ：アクティブ・ノイズ・コントロール）を利用しており、マイクロフォンで拾った騒音を反転してノイズキャンセルするする機構となっている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、低周波音や騒音を発生する機器に対して、その周りを遮音壁で囲むことなく、複数の制御スピーカーを柱状支持体内に一定間隔で直線的に配置したポールで囲み、各制御スピーカーから、機器に対して反対側に発生させると、ポールより外側において機器から発生する低周波の音とが相互に干渉し、騒音を低減させる騒音低減装置について記載されている。

特開２００６−３４９９７９号公報

しかしながら、従来の騒音低減システムでは、騒音源が走行する車の場合において、その車種が多様であり、それぞれ騒音のパターンが異なることや、複数車線の場合には、音源の位置が異なるため、上述した能動騒音制御での騒音制御が困難であることから、能動騒音制御での効果が小さいという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、騒音源の位置に応じて逆位相音を発生させる騒音低減制御を簡単な構成で行うことができる騒音低減システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る騒音低減システムでは、一方向に沿って移動する騒音源の騒音を、逆位相音を用いて低減する騒音低減システムであって、騒音を検知するマイクロフォン、及びマイクロフォンで検知した騒音の音波に応じた逆位相音を発生させるスピーカーを有する複数の騒音低減ユニットと、マイクロフォンで検知した音波に基づいてスピーカーから逆位相音を発生するように制御する騒音制御部と、を備え、複数の騒音低減ユニットが一方向に沿って間隔をあけて配列され、前記騒音制御部では、隣り合う前記マイクロフォンで検知した前記音波に基づいて、それぞれの前記音波の到達する時間差から前記マイクロフォンと前記騒音源との間の距離の差を算出し、前記距離の差が所定値以下の範囲にあるときに、その前記騒音低減ユニットの前記スピーカーから、前記マイクロフォンで検知した前記音波に対応した逆位相音を発生させる制御が行われることを特徴としている。

本発明では、隣り合うマイクロフォンで騒音源の騒音の音波を検知すると、その検知した音波を騒音制御部で各マイクロフォンと騒音源との間の距離が算出され、それらの距離の差が求められ、その距離差が予め設定されている所定値以下の範囲か否かで騒音低減ユニットに設けられているスピーカーをオンオフする制御を行うことができる。つまり、騒音制御部において、騒音低減ユニットと騒音源との距離が大きく前記距離差が所定値以下でない場合にはスピーカーをオフ状態とし、騒音低減ユニットに騒音源が接近している前記距離差が所定値以下の場合にはスピーカーから前記音波に対応した逆位相音を発生させることができる。そのため、騒音源の位置に応じた制御ができ、騒音源が接近したときにスピーカーから逆位相音を発生させてその騒音を低減させることができる。

また、本発明では、隣り合う２つのマイクロフォンを使用して騒音源の音波を検知し、騒音制御部で距離を算出することで、その騒音源の位置を正確に特定することができる。そのため、赤外線センサー等を必要とせずに、簡易な方法で適宜なタイミングでスピーカーをオンオフする制御を行うことができる。

また、本発明に係る騒音低減システムでは、騒音低減ユニットは、複数のスピーカーを備え、複数のスピーカーから同一の逆位相音を発生させることが好ましい。

本発明では、騒音低減ユニットのスピーカーの数量を増やすといった簡単な構成により、例えば単独スピーカーの場合に比べて騒音の制御範囲を広く取ることができる。

また、本発明に係る騒音低減システムでは、騒音低減ユニットと、騒音源の移動路との間に防音壁が設けられ、騒音源の高音域の騒音は防音壁で低減され、騒音源の低音域の騒音は騒音低減ユニットによって低減されることが好ましい。

この場合には、騒音源の高音域の騒音は防音壁で低減され、騒音源の低音域の騒音は騒音低減ユニットによって低減されるので、騒音低減効果を向上させることができる。

本発明の騒音低減システムによれば、騒音源の位置に応じて逆位相音を発生させる騒音低減制御を簡単な構成により行うことができる。

本発明の実施の形態による騒音低減システムを模式的に示した図である。図１に示すＡ−Ａ線方向から見た図である。騒音制御装置を備えた騒音低減ユニットの構成を示す斜視図である。騒音制御装置による制御方法を説明するための図である。マイクロフォンと車両との間の距離を算出する方法を説明するための図である。本実施の形態による騒音低減システムの効果を示すグラフである。本実施の形態による騒音低減ユニットのスピーカーの制御範囲を示す図である。比較例による騒音低減ユニットのスピーカーの制御範囲を示す図であって、図７に対応する図である。

以下、本発明の実施の形態による騒音低減システムについて、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態による騒音低減システム１は、一方向に沿って移動する騒音源の騒音を、逆位相音を発生する複数（本実施の形態では２つ）の騒音低減ユニット１０（１０Ａ、１０Ｂ）を用いて低減するシステムである。

本実施の形態では、図１及び図２に示すように、ダンプトラック等の車両２（騒音源）が走行する工事用道路（以下、単に道路Ｒという）に沿って民家Ｈが建っており、その民家Ｈの道路Ｒ側に防音壁２０が設けられるとともに、その防音壁２０（図２参照）の内側（民家Ｈ側）に本実施の形態の騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂが設けられている。なお、図１では、見易くするために、防音壁２０を省略している。また、図１の符号ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３は、移動する車両２の時刻を示しており、道路Ｒにおいて初期時刻ｔ０の位置から第３時刻ｔ３の位置に向けて車両２が走行している。このとき道路Ｒに沿って車両２が一方に向けて移動する方向（向き）を走行方向Ｘ（一方向）という。

騒音低減システム１では、車両２の高音域の騒音は主に防音壁２０で低減され、車両２の低音域の騒音は主に騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂによって低減されるように設けられている。

騒音低減ユニット１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、ユニット本体３と、ユニット本体３に固定されて騒音を検知するマイクロフォン４と、マイクロフォン４で検知した騒音に応じた逆位相音を発生させるスピーカー５と、を備えている。そして、騒音低減システム１は、複数の騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂが道路Ｒの走行方向Ｘに沿って間隔をあけて配列され、それぞれのマイクロフォン４Ａ、４Ｂで検知した騒音に基づいてスピーカー５から逆位相音を発信するように制御する騒音制御装置６（騒音制御部）を備えている。

ユニット本体３は、図３に示すように、横長の箱状に形成されていて、その長手方向に直列的に複数（ここでは４つ）のスピーカー５が組み込まれている。これらスピーカー５は、ユニット本体３内において同じ方向を向いて配置されている。ユニット本体３は、スピーカー５が民家Ｈ側を向くとともに、図２に示すように防音壁２０と同等或いはそれ以上の高さの位置に設置されている。

マイクロフォン４は、各ユニット本体３に設けられ、騒音制御装置６に有線或いは無線で繋がっており、車両２の騒音を検知し、その検知音を騒音制御装置６に取り込むことができるようになっている。マイクロフォン４は、ユニット本体３よりも前方に位置するように、例えばユニット本体３から前方に向けて突出する棒状の支持部材４１の突出端４ａに設けられている。そして、用いられるマイクロフォン４として、３６０度の範囲であるが、とくに道路Ｒ側の範囲の指向性が強いものが好ましい。

スピーカー５は、図３及び図４に示すように、周知の指向性スピーカーが使用され、騒音制御装置６に接続されており、その騒音制御装置６の制御に基づいて、同じユニット本体３に設けられているマイクロフォン４で検知した騒音に対応する逆位相の音波を発生させるようになっている。ユニット本体３に組み込まれる４つのスピーカー５は、上述したように直列的に所定間隔をあけて配置されている。その隣り合うスピーカー５同士の間隔は、例えば、対象音の波長の１／４以下に設定されている。１つの騒音低減ユニット１０内の４つのスピーカー５の発生音は、すべて同じ音を出力する。

ここで、隣り合うマイクロフォン４Ａ、４Ｂによる騒音の検知ピッチ、及び隣り合う騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのスピーカー５による逆位相音の発生ピッチは、例えば周波数８ＫＨｚ（周期１２５μｓｅｃ）に設定することができる。

図５に示すように、騒音制御装置６は、マイクロフォン４で検知した騒音に基づいてマイクロフォン４と騒音源である車両２との間の距離を算出し、隣り合う騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのそれぞれのマイクロフォン４Ａ、４Ｂから算出された距離の差ΔＬ_ｔ＝（Ｌ_ｔ−ｌ_ｔ）^２が所定値以下の範囲（自動作動範囲Ｐ）にあるときに、その騒音低減ユニット１０のスピーカー５から逆位相音を自動的に発生させる制御が行われる構成となっている。なお、図５では、第１時刻ｔ１の位置の車両２において第１マイクロフォン４Ａと車両２との距離をＬ_ｔ１とし、第２マイクロフォン４Ｂと車両２との距離をｌ_ｔ１で示し、第２時刻ｔ２の位置の車両２においても同様にＬ_ｔ２、ｌ_ｔ２としている。上記距離差の式中の「Ｌ_ｔ」、「ｌ_ｔ」は、それぞれ図５中の「Ｌ_ｔ１、Ｌ_ｔ２」、「ｌ_ｔ１、ｌ_ｔ２」に相当している。また、騒音制御装置６は、隣り合う一対のマイクロフォン４Ａ、４Ｂで検知するそれぞれの音波の到達する時間差から、車両２の位置、方向を特定することができるように構成されている。

なお、本実施の形態の騒音低減システム１では、騒音制御装置６は、２つの騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのうち一方のユニットのみに設けられており、他方のユニットにはマイクロフォン４とスピーカー５のみが設けられた構成となっている。

次に、上述した騒音低減システム１を用いた騒音制御方法について、図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、騒音低減システム１では、２つの騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのそれぞれのマイクロフォン４Ａ、４Ｂで走行方向Ｘに移動している車両２の騒音（音波）が検知され、その検知した騒音が騒音制御装置６（図４参照）に取り込まれる。ここで、第１マイクロフォン４Ａで検知される音波を第１音波といい、第２マイクロフォン４Ｂで検知される音波を第２音波という。

なお、一対のマイクロフォン４Ａ、４Ｂの位置が異なるため、検知される騒音の音波は、一対のマイクロフォン４Ａ、４Ｂのうち車両２に近い距離の方のマイクロフォン４で検知される音波が他方のマイクロフォン４の音波よりも大きくなる。なお、一対のマイクロフォン４Ａ、４Ｂのそれぞれと車両２との距離が一致（同じ）するときも当然にある。

図５に示すように、騒音制御装置６において、取り込まれた第１音波及び第２音波がピタゴラスの定理を使用して距離Ｌ_ｔ、ｌ_ｔに換算され、その距離Ｌ_ｔ、ｌ_ｔに基づいて距離差ΔＬ_ｔ＝（Ｌ_ｔ−ｌ_ｔ）^２が算出され、車両２の位置を特定している。そして、算出された距離差ΔＬ_ｔが予め設定されている自動作動範囲Ｐとなる設定距離差ΔＬ_ｔ０以下となる場合にのみ、一対の騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂに信号を送り、それぞれに組み込まれているスピーカー５より所定の逆位相の音波を発生するように逆位相音発生スイッチのオンオフを制御する。
なお、１つの騒音低減ユニット１０内の複数（ここでは４つ）のスピーカー５より発生される音波は全て同じであるが、隣り合う騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂ同士はそれぞれマイクロフォン４Ａ、４Ｂで検知した騒音の音波に応じた逆位相音が発生されることになる。

具体的に、図１及び図５に示すように、走行方向Ｘに移動している車両２が初期時刻ｔ０に位置するときに、２つの騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのそれぞれのマイクロフォン４Ａ、４Ｂでその車両２の騒音（音波）が検知され、その検知した騒音が騒音制御装置６に取り込まれて、その初期時刻ｔ０での距離差ΔＬ_ｔが算出される。このときの距離差ΔＬ_ｔは、設定距離差ΔＬ_ｔ０以下ではないので、上述した逆位相音発生スイッチはオフの状態であるが、車両２が民家Ｈに近づいているためスタンバイモードとなる。

さらに車両２が民家Ｈに接近し、例えば図１に示す第１時刻ｔ１の位置、さらには第２時刻ｔ２に位置に移動したときには、マイクロフォン４Ａ、４Ｂで検知された車両２の音波により算出された距離差ΔＬ_ｔ１、ΔＬ_ｔ２は、ともに設定距離差ΔＬ_ｔ０以下となり、逆位相音発生スイッチがオンとなる。これにより一対の騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのそれぞれのスピーカー５より民家Ｈに向けて騒音の音波に対応する逆位相音が発生され、図４に示すように逆位相音と騒音の音波とが干渉することととなり、民家Ｈで聞こえる騒音が低減されることになる。具体的には、スピーカー５から民家Ｈに向かって幅方向に一様の音場を形成することによりノイズをキャンセルする。

そして、車両２がさらに走行方向Ｘに向けて移動し、第２時刻ｔ２の位置から民家Ｈを通過した第３時刻ｔ３の位置に移動し、マイクロフォン４Ａ、４Ｂで検知された車両２の音波により算出された距離差ΔＬ_ｔが設定距離差ΔＬ_ｔ０以下でなくなったときには、逆位相音発生スイッチが再びオフに切り替わる。そのため、一対の騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂのそれぞれのスピーカー５より発生されていた逆位相音が停止する。

次に、上述した騒音低減システム１の作用について、詳細に説明する。
本実施の形態では、図５に示すように、隣り合うマイクロフォン４Ａ、４Ｂで車両２の騒音の音波を検知すると、その検知した音波を騒音制御装置６で各マイクロフォン４Ａ、４Ｂと車両２との間の距離が算出され、それらの距離の差が求められ、その距離差が予め設定されている所定値以下の範囲か否かで騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂに設けられているスピーカー５をオンオフする制御を行うことができる。

つまり、騒音制御装置６において、騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂと車両２との距離が大きく前記距離差が所定値以下でない場合にはスピーカー５をオフ状態とし、騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂに車両２が接近している前記距離差が所定値以下の場合にはスピーカー５から前記音波に対応した逆位相音を発生させることができる。そのため、騒音源となる車両２の位置に応じた制御ができ、車両２が接近したときにスピーカー５から逆位相音を発生させてその騒音を低減させることができる。

図６には、本実施の形態の騒音低減システム１の効果を示している。図６のグラフは、横軸を周波数（Ｈｚ）とし、縦軸を騒音レベル（ｄＢ）とした場合において、車両２（騒音源）を移動させたときに、通常走行時と本実施の形態の騒音低減システム１を実施した時の騒音レベルを測定した一例を示している。
この結果から、本騒音低減システム１において、５０〜５００Ｈｚのときにスピーカー５から逆位相音を発生させることで、通常走行時の騒音のピーク値において約１０ｄＢ程度低減されることが確認できる。

また、本実施の形態では、隣り合う２つのマイクロフォン４Ａ、４Ｂを使用して車両２の音波を検知し、騒音制御装置６で距離を算出することで、その車両２の位置を正確に特定することができる。そのため、赤外線センサー等を必要とせずに、簡易な方法で適宜なタイミングでスピーカー５をオンオフする制御を行うことができる。

また、本実施の形態の騒音低減システム１では、車両２の５００Ｈｚを超える高音域の騒音は防音壁２０で低減され、車両２の５００Ｈｚ以下の低音域の騒音は騒音低減ユニット１０によって低減されるので、騒音低減効果を向上させることができる。

また、図７に示すように、本実施の形態では、騒音低減ユニット１０には４つのスピーカー５が装備されているので、騒音の制御範囲（図７の破線）が例えば図８に示すような単独スピーカー５の場合に比べて広くなる。つまり、スピーカー５の数量を増やすといった簡単な構成により、騒音の制御範囲を広く取ることができる。

上述のように本実施の形態による騒音低減システムでは、車両２（騒音源）の位置に応じて逆位相音を発生させる騒音低減制御を簡単な構成により行うことができる。

以上、本発明による騒音低減システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では、騒音低減ユニット１０において４つのスピーカーが設けられているが、この数量に限定されることはなく、適宜数を備えることができる。
また、騒音低減システム１として、本実施の形態では２つの騒音低減ユニット１０Ａ、１０Ｂを設ける構成としているが、少なくとも２つの騒音低減ユニット１０があって、２つのマイクロフォン４が有ればよいのであって、３つ以上の騒音低減ユニット１０を配置することが可能である。

さらに、本実施の形態では、遮音壁２０を設けているが、省略することも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１騒音低減システム
２車両（騒音源）
３ユニット本体
４、４Ａ、４Ｂマイクロフォン
５スピーカー
６騒音制御装置（騒音制御部）
１０、１０Ａ、１０Ｂ騒音低減ユニット
２０防音壁
Ｈ民家
Ｒ道路
Ｘ走行方向（一方向）

Claims

一方向に沿って移動する騒音源の騒音を、逆位相音を用いて低減する騒音低減システムであって、
騒音を検知するマイクロフォン、及び該マイクロフォンで検知した騒音の音波に応じた逆位相音を発生させるスピーカーを有する複数の騒音低減ユニットと、
前記マイクロフォンで検知した前記音波に基づいて前記スピーカーから逆位相音を発生するように制御する騒音制御部と、
を備え、
前記複数の騒音低減ユニットが前記一方向に沿って間隔をあけて配列され、
前記騒音制御部では、隣り合う前記マイクロフォンで検知した前記音波に基づいて、それぞれの前記音波の到達する時間差から前記マイクロフォンと前記騒音源との間の距離の差を算出し、前記距離の差が所定値以下の範囲にあるときに、その前記騒音低減ユニットの前記スピーカーから、前記マイクロフォンで検知した前記音波に対応した逆位相音を発生させる制御が行われることを特徴とする騒音低減システム。
前記騒音低減ユニットは、複数のスピーカーを備え、
該複数のスピーカーから同一の逆位相音を発生させることを特徴とする請求項１に記載の騒音低減システム。
前記騒音低減ユニットと、前記騒音源の移動路との間に防音壁が設けられ、
前記騒音源の高音域の騒音は前記防音壁で低減され、
前記騒音源の低音域の騒音は前記騒音低減ユニットによって低減されることを特徴とする請求項１又は２に記載の騒音低減システム。