JP6298656B2 - 騒音低減装置及び騒音低減システム - Google Patents

Description

この発明は、騒音低減装置及び騒音低減システムに係り、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及び騒音低減システムに関する。

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。

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。

また、ＡＮＣ技術として、建設機械のエンジンの低周波音減音するためのフィードバック型アクティブ減音システムの一般的な制御方法が知られている（例えば、特許文献１）。この制御方法は、最も騒音値の大きい排気口の近傍に２次音源を設置する方法である。

また、スピーカにフレキシブルのレデューサを取り付けることによって、排気口の近傍に２次音源の放射面を設置するという方法が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０−２４８７６号公報 特開２０１１−２４１７４５号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、建設機械の形状によっては、排気口のすぐそばに２次音源を設置できない場合がある。例えば、脚立を利用してスピーカを設置する場合には、位置が固定されている音源には対応できても、移動する音源に対しては対応できない。そのため、適用できる機種が限られるという問題点がある。

また、上記の特許文献２に記載の技術では、レデューサを取り付けることによって音波伝搬路の断面積の変化によって２次音源から放射音圧が減衰してしまう、という問題点がある。これはエンジン音のような低周波の音圧レベルが高い騒音を低減するためには致命的である。例えば、大型発電機の排気口付近の音圧レベルは、低音域では９５ｄＢ以上に達することがあり、２次音源としては、大口径のユニット及び大型のボックスが必要となる。しかし、レデューサ設置による２次音源の音圧レベルの低下により、さらに大型のスピーカシステムが必要となる。低周波の帯域で音圧レベル９５ｄＢを越える２次音源を作ることは容易では無い。

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、騒音源の種類及び形状に関わらず、低周波音の騒音を低減することができる騒音低減装置及びシステムを提示することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る騒音低減装置は、排気口を有する筐体内に配置された騒音源と反対側に制御音を放音すると共に、隣り合うように配置された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、両端に開口部を有するダクト部であって、一端側の開口部を前記筐体の排気口に設け、前記騒音源からの騒音を、前記スピーカユニットの前記複数のスピーカの間の中間部に設けられた他端側の開口部まで導くダクト部と、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、前記生成手段で生成された低減信号を前記複数のスピーカに入力する入力手段と、を含んで構成されている。

本発明に係る騒音低減装置によれば、ダクト部によって、騒音源からの騒音を、スピーカユニットの複数のスピーカの間の中間部まで導く。マイクロホンによって、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。

そして、入力手段によって、生成手段で生成された低減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、複数のスピーカから放音される制御音によって騒音が低減される。

このように、ダクト部によって、騒音源からの騒音を、スピーカユニットの複数のスピーカの間の中間部まで導いて、複数のスピーカから放音される制御音によって騒音を低減することにより、騒音源の種類及び形状に関わらず、低周波音の騒音を低減することができる。

本発明に係るスピーカユニットは、前記騒音源を覆うように設けられた防音シートの排気口として設けられた開口部分に配置されるようにすることができる。これによって、母音シートとの組み合わせにより、低周波音の騒音を効果的に低減することができる。

本発明に係る騒音源は、複数の騒音源であって、前記ダクト部を、前記複数の騒音源に対して設けられた複数のダクト部とすることができる。これによって、複数の騒音源に対して、低周波音の騒音を効果的に低減することができる。

本発明に係る騒音源は、騒音の周波数が異なる複数の騒音源であって、前記複数のダクト部の前記他端側の開口部は、前記複数のスピーカの間の中間部に、前記複数のスピーカの配置方向と直交する方向に配列するように配置され、騒音の周波数が高い騒音源ほど、前記複数のスピーカの中心を結んだ線に近い位置に配置されるようにすることができる。これによって、これによって、騒音の周波数が異なる複数の騒音源に対して、低周波音の騒音を効果的に低減することができる。

上記のダクト部の内部に消音部材が設けられるようにすることができる。これによって、高周波の騒音も低減することができる。

上記のダクト部を、蛇腹状のフレキシブルダクトとすることができる。これによって、高周波の騒音も低減することができる。

本発明に係る騒音低減システムは、上記の騒音低減装置と、前記騒音源を覆うように設けられた防音シートであって、排気口として設けられた開口部分に、前記スピーカユニットが配置された防音シートとを含んで構成されている。

以上説明したように、本発明の騒音低減装置及び騒音低減システムによれば、ダクト部によって、騒音源からの騒音を、スピーカユニットの複数のスピーカの間の中間部まで導いて、複数のスピーカから放音される制御音によって騒音を低減することにより、騒音源の種類及び形状に関わらず、低周波音の騒音を低減することができる、という効果が得られる。

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。 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上面図である。 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正面図である。 騒音源と２次音源間の距離と、減音される周波数との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置の構成を示す機能ブロック図である。 騒音源のエンジン排気口上部の音圧レベルの測定結果を示すグラフである。 各測定箇所における各周波数の騒音の減音量を示すグラフである。 建設重機の車体の上にスピーカユニットを配置した実施形態を示す図である。

＜第１の実施の形態＞
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、建設機械のエンジン排気口から放射される騒音を低減する騒音低減システムに本発明を適用した場合について説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減システム１０は、複数の建設機械１２と、複数の建設機械１２を覆うように設けられた防音シート１４と、防音シート１４の排気口１４Ａ付近に左右に並んで設けられ、かつ、防音シート１４より外側の騒音低減エリアに向けて放音する複数のスピーカ１６からなるスピーカユニット１７と、複数のスピーカ１６に対応して設けられ、かつ、フィードバックするための複数のエラーマイク１８と、複数のエラーマイク１８からの入力に基づいて、騒音を低減するように複数のスピーカ１６から放音させる騒音低減装置２０と、複数の建設機械１２に対応して設けられ、かつ、一端側の開口部を建設機械１２のエンジン排気口１２Ａ付近に設け、建設機械１２のエンジン排気口１２Ａからの騒音を、複数のスピーカ１６の間の中間部（図２参照）に設けられた他端側の開口部まで導く複数のフレキシブルダクト２２と、を備えている。

複数の建設機械１２は、例えば、発電機、コンプレッサ、移動式クレーンであり、それぞれ、エンジン排気口を有している。

スピーカユニット１７の複数のスピーカ１６は、減音させたい方向、すなわち防音シート１４の外側に向かって設置される。

また、フレキシブルダクト２２は、蛇腹状のダクトであり、可とう性を有している。フレキシブルダクト２２の一端が、建設機械１２のエンジン排気口１２Ａ付近で開口しており、他端が、複数のスピーカ１６の間の中間部で開口している。

図３に示すように、複数のフレキシブルダクト２２の各々の他端側の開口部は、複数のスピーカ１６の間の中間部（図２参照）に、上下方向に配列するように配置されている。

ここで、図４に、騒音源とスピーカとの間の距離と、５ｄＢ〜２０ｄＢ減音される騒音の周波数との関係を示す。上記図４より、騒音源とスピーカとの間の距離が離れるほど、高周波の騒音が減音されることが分かる。

そこで、本実施の形態では、複数の建設機械１２のうち、騒音の周波数が高い建設機械１２のエンジン排気口１２Ａ付近に一端側の開口部が設定されたフレキシブルダクト２２の他端側の開口部が、複数のスピーカ１６の中心を結んだ線に近い位置に配置される。一方、複数の建設機械１２のうち、騒音の周波数が低い建設機械１２のエンジン排気口１２Ａ付近に一端側の開口部が設定されたフレキシブルダクト２２の他端側の開口部が、もう一方のフレキシブルダクト２２の他端側の開口部より、複数のスピーカ１６の中心を結んだ線から遠い位置（例えば、上側）に配置されている。

図５に示すように、騒音低減装置２０は、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６２と、Ｄ／Ａ変換器６２から出力された信号を増幅してスピーカ１６に入力するパワーアンプ４２と、エラーマイク１８からの音響信号を増幅するマイクアンプ４８と、マイクアンプ４８から出力される信号とＤ／Ａ変換器６２から出力された信号との差分をとる減算器５０と、減算器５０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Ｄ／Ａ変換器６２に出力する生成手段としての逆フィルタＤＳＰ４６と、マイクアンプ４８からの音響信号に基づいて逆フィルタを演算して逆フィルタＤＳＰ４６に設定する逆フィルタ演算部５４と、を備えている。Ｄ／Ａ変換器６２と、パワーアンプ４２と、マイクアンプ４８と、減算器５０と、逆フィルタＤＳＰ４６と、逆フィルタ演算部５４との組み合わせは、スピーカ１６及びエラーマイク１８のペア毎に設けられている。なお、パワーアンプ４２は、本発明の入力手段に相当する。

逆フィルタＤＳＰ４６は、減算器５０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５６と、フィルタ係数が設定された逆フィルタ５８と、低減対象の所定の周波数帯域（例えば、１００Ｈｚ以下）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６０とを備えている。逆フィルタ５８のフィルタ係数は、逆フィルタ演算部５４によって例えばｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ法によって算出される。逆フィルタ５８は、Ａ／Ｄ変換器５６から出力された信号に対して、逆フィルタを用いたフィルタリング処理を行うことにより、スピーカ１６より外側において同振幅かつ逆相となる信号が出力される。なお、Ａ／Ｄ変換器５６の前段と、Ｄ／Ａ変換器６２の後段とには、アンチエイリアス用のローパスフィルタ（図示省略）が設けられている。

逆フィルタ演算部５４は、エラーマイク１８に入るｘ（ｔ）と減算器５０からの出力ｙｓ（ｔ）とをＬＭＳシステムに入力し、ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ法の動作による自動同定にて、フィルタ係数Ｗ（ｔ）を決定し、逆フィルタ５８内のメモリ（図示省略）に記憶させる。

次に、本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、各建設機械１２のエンジン排気口から放射された騒音は、各フレキシブルダクト２２によってスピーカユニット１７のスピーカ１６の中間部まで導かれ、スピーカ１６からの制御音と共に各エラーマイク１８で集音され、各マイクアンプ４８で音響信号が増幅されて、減算器５０を介して、各逆フィルタ演算部５４及び各逆フィルタＤＳＰ４６に入力される。

そして、各逆フィルタ演算部５４によって、エラーマイク１８からの音響信号と減算器５０からの出力信号とに基づいて、ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ法に従って、逆フィルタのフィルタ係数を演算し、逆フィルタ５８のメモリに記憶させる。

そして、各逆フィルタＤＳＰ４６の逆フィルタ５８は、Ａ／Ｄ変換器５６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。

このとき、逆フィルタ５８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各スピーカ１６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。

各逆フィルタ５８でフィルタリング処理された低減信号は、各バンドパスフィルタ６０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、各Ｄ／Ａ変換器６２に入力される。そして、各Ｄ／Ａ変換器６２によってＤ／Ａ変換されて、各パワーアンプ４２を介して、各スピーカ１６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、制御音として各スピーカ１６から防音シート１４の外側に向けて放音される。従って、防音シート１４の外側において、各建設機械１２からの騒音が、各スピーカ１６からの制御音により打ち消される。

また、各建設機械１２のエンジン排気口から放射された騒音のうちの高周波の騒音は、各フレキシブルダクト２２によってスピーカユニット１７のスピーカ１６の中間部まで導かれるときに、各フレキシブルダクト２２内で低減される。

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、フレキシブルダクトによって、複数の建設機械からの騒音を、スピーカユニットの複数のスピーカの間の中間部まで導いて、複数のスピーカから放音される制御音によって騒音を低減する。このように、建設機械のエンジン排気口にフレキシブルダクトを設置し、騒音フィードバック型のＡＮＣシステムのスピーカの近傍まで延長してくることにより、騒音源である建設機械の種類及び形状に関わらず、低周波音の騒音を効果的に低減することができる。

また、フレキダクトの内部は吸音処理をすることも可能であるため、フレキシブルダクトの開口部から放射される音圧レベルを下げることができ、スピーカユニットから放射する音圧レベルが小さくてすみ、その結果、スピーカの大きさを小さくすることも可能である。

また、建設機械全体を防音のために防音シートで囲う場合に、本実施の形態に係る騒音低減装置は有効である。建設機械のエンジン排気口から出る排熱・排気を外部に逃がすために、吸排気口は囲いの外にダクト等で延長しなければならない。したがって、最も騒音値の大きな排気口からの騒音は、防音シートでは低減できない。本実施の形態では、ダクトの開口部の位置を、ＡＮＣシステムのスピーカの近傍に設置することにより、排気口からの騒音を低減するこができ、騒音源全体の低減が可能となる。

また、建設機械のエンジン排気口から放射される低周波音の騒音を低減することによって、現状の建設工事騒音を従来より低いレベルに抑えることができ、周辺の騒音環境の保全に貢献することができる。建設用工事機械の稼動・運転時間の制限もしくは短縮は、工事の進捗に大きく係わるが、本実施の形態に係る騒音低減システムの採用によって、この問題も大幅に回避することが可能になり、工事騒音が工期に及ぼす影響を少なくすることに貢献できる。

＜第２の実施の形態＞
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２の実施の形態に係る騒音低減システムは、第１の実施の形態と同様の構成であるため、同一符号を付して、説明を省略する。

第２の実施の形態では、消音部材（消音チャンバー）が各フレキシブルダクト内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。

第２の実施の形態に係る騒音低減システム１０は、各フレキシブルダクト２２内に、消音部材（例えば、消音チャンバー）が設けられている。これにより、各建設機械１２のエンジン排気口から放射された騒音のうちの高周波の騒音は、各フレキシブルダクト２２によってスピーカユニット１７のスピーカ１６の中間部まで導かれるときに、各フレキシブルダクト２２内の消音部材によって低減される。

なお、第２の実施の形態に係る騒音低減システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、フレキシブルダクト内に、消音部材を設けることにより、高周波の騒音を低減することができる。

＜実験例＞
本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減システムの効果を確認するために、エアコンプレッサ、ゼネレータ、及び超高圧ポンプを覆うように設けられた防音シートを備えた騒音低減システムについて、減音量を測定した結果について説明する。

まず、エアコンプレッサ、ゼネレータ、及び超高圧ポンプの各々のエンジン排気口の上部では、図６に示すような音圧レベルが測定された。

このとき、（１）スピーカユニットの正面、（２）スピーカユニットの直上、（３）防音パネルの上部、（４）スピーカユニットの斜め前方、（５）防音シートの、スピーカユニット側と反対側の上部のそれぞれにおいて、音圧レベルを測定したところ、図７に示すような測定結果が得られた。５０Ｈｚ〜８０Ｈｚの低周波の騒音が減音されることが分かった。

なお、上記の実施の形態では、防音シートで、建設機械を覆ってい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、防音パネルなどで構成された防音壁で、建設機械を覆うようにしてもよい。

また、防音シートや防音壁を設けた場合を例に説明したが、防音シートや防音壁を有しない自由音場であってもよい。例えば、図８に示すように、建設重機の車体の上にスピーカユニットを配置するようにしてもよい。この場合には、フレキシブルダクトの開口部を、建設重機の車体の上にスピーカユニットの中間部に配置すればよい。

また、フレキシブルダクトを用い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、可とう性を有するダクトであれば、蛇腹状のフレキシブルダクト以外であってもよい。

また、騒音源が、建設機械のエンジン排気口であ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、他の騒音源からの騒音を低減するようにしてもよい。

また、スピーカユニットのスピーカを左右方向に並べ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、左右方向以外の方向に、隣り合うようにスピーカを並べてもよい。この場合には、複数のフレキシブルダクトの開口部を、スピーカの配列方向と直交する方向に並べるように配置すればよい。

１０ 騒音低減システム
１２ 建設機械
１２Ａ エンジン排気口
１４ 防音シート
１４Ａ 排気口
１６ スピーカ
１７ スピーカユニット
１８ エラーマイク
２０ 騒音低減装置
２２ フレキシブルダクト
４２ パワーアンプ
４６ 逆フィルタＤＳＰ
５４ 逆フィルタ演算部
５８ 逆フィルタ

Claims (7)

1. 排気口を有する筐体内に配置された騒音源と反対側に制御音を放音すると共に、隣り合うように配置された複数のスピーカを備えたスピーカユニットと、
   両端に開口部を有するダクト部であって、一端側の開口部を前記筐体の排気口に設け、前記騒音源からの騒音を、前記スピーカユニットの前記複数のスピーカの間の中間部に設けられた他端側の開口部まで導くダクト部と、
   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、
   前記生成手段で生成された低減信号を前記複数のスピーカに入力する入力手段と、
   を含む騒音低減装置。
2. 前記スピーカユニットは、前記騒音源を覆うように設けられた防音シート又は防音壁の排気口として設けられた開口部分に配置された請求項１記載の騒音低減装置。
3. 前記騒音源は、複数の騒音源であって、
   前記ダクト部は、前記複数の騒音源に対して設けられた複数のダクト部である請求項１又は２記載の騒音低減装置。
4. 前記騒音源は、騒音の周波数が異なる複数の騒音源であって、
   前記複数のダクト部の前記他端側の開口部は、前記複数のスピーカの間の中間部に、前記複数のスピーカの配置方向と直交する方向に配列するように配置され、
   騒音の周波数が高い騒音源ほど、前記複数のスピーカの中心を結んだ線に近い位置に配置される請求項３記載の騒音低減装置。
5. 前記ダクト部の内部に消音部材が設けられた請求項１〜請求項４の何れか１項記載の騒音低減装置。
6. 前記ダクト部を、蛇腹状のフレキシブルダクトとした請求項１〜請求項５の何れか１項記載の騒音低減装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項記載の騒音低減装置と、
   前記騒音源を覆うように設けられた防音シート又は防音壁であって、排気口として設けられた開口部分に、前記スピーカユニットが配置された防音シート又は防音壁と、
   を含む騒音低減システム。

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