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様々な騒音制御法

騒音は20世紀後半の交通車両や工場の増加と共に社会問題として大きく取り沙汰された. 騒音問題の増加に伴い,騒音抑制技術の開発も急激に進み,現在まで様々な騒音低減手法が考案されてきた. 騒音制御手法は機材の構成により以下のように分類される.

  1. 静的騒音制御(Passive Noise Control)

    物質的な騒音制御法.

  2. 能動騒音制御(Active Noise Control)

    電気的な騒音制御法.

    2.1. アナログ能動騒音制御

      アナログ回路を使用した能動騒音制御法.

    2.2 ディジタル能動騒音制御 (固定フィルタ)

      ディジタル回路を使用した能動騒音制御法.
      フィルタ係数は固定して運用する.

    2.3 ディジタル能動騒音制御 (適応フィルタ)

      ディジタル回路を使用した能動騒音制御法.
      フィルタ係数は適応的に変化させる.狭義の能動騒音制御.

ここでは 静的騒音制御,アナログ能動騒音制御,ディジタル能動騒音制御 (固定フィルタ) を説明する.

静的騒音制御

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最も簡単で古典的な騒音制御法として,静的騒音制御(Passive Noise Control)がある. 静的騒音制御は,吸音材や遮音材,反音材等を使って壁を形成し,物理的に騒音を遮断する方法である. ただし静的騒音制御は空間的・物理的なコストが大きく,設置場所の制約が大きい.

加えて,この手法は低周波数帯域の騒音に対して消音効果が低く,最近では能動騒音制御による消音手法も併用されることが多い.

能動騒音制御

能動騒音制御とは,騒音に対して逆位相となる制御音を放射し,干渉させることで音響空間内で消音を達成する手法である. 能動騒音制御手法は機材構成や使用環境で制御手法が大きく異なる Link(https://www.jstage.jst.go.jp/article/tsj1973/19/3/19_3_144/_pdf/-char/ja) .

アナログ能動騒音制御

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旧来のノイズキャンセリングヘッドホン・イヤホンでは,アナログ回路を用いた能動騒音制御が主流であった [Link1, Link2]. アナログ能動騒音制御の構成は上図のとおりである.

騒音(一次音源)を参照マイクロホン で取得した後,逆位相となる制御音 (二次音源) を 制御スピーカ から放射し,制御点 で消音を達成する. ただし,一次音源は制御点に達するまでの間に時間が経過し,変化している.参照マイクロホンから制御点までの経路を一次経路と呼び,制御スピーカから制御点までの経路を 二次経路 と呼ぶ.制御スピーカから放射する二次音源は,この一次経路と二次経路の特性も考慮してコントローラ で制御する必要がある.

ヘッドホンやイヤホンであれば,機器の形状が定まっているため,一次経路と二次経路も変化しない. したがって,設計段階で一次経路と二次経路を測定してしまえば,コントローラでの制御も容易である. このコントローラをアナログ回路で実現したものがアナログ能動騒音制御である.

ディジタル能動騒音制御(固定フィルタ)

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アナログ回路はアナログ素子の特性上,制御できる周波数帯域が狭い(せいぜい数100Hz~数kHz). そこで最近では,広い周波数帯域も制御可能なディジタル回路を用いたディジタル能動騒音制御が主流となっている [Link1, Link2].

ディジタル能動騒音制御では,上図のようにアナログ回路が"AD変換","DSPコントローラ","DA変換"に置き換わる. DSPコントローラ内では ディジタルフィルタ により 参照信号制御信号 に変換する.

AD変換とDA変換にはある程度処理時間が必要なため,一次経路が短いと一次音源が制御点に到達するまでに二次音源の生成が間に合わず,消音できない場合もある.

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