(57)【要約】【課題】  ダクト入り口形状の設計により、ダクト内部に特別な要素を付加する事無く、システム構成が最も簡易な１チャンネルの能動消音装置を提供する。【解決手段】  騒音が筐体に入射する、能動消音上平面波として考慮可能な寸法とした開口部と、前記開口部入り口付近に設置されたレファレンスマイクと、騒音の下流に位置し、前記レファレンスマイクとは前記筐体の壁面を隔てた、或いは前記開口部に繋がるダクト構造内部の前記入射騒音の下流側に離れた部分に設置された付加音源スピーカと、前記付加音源スピーカより更に騒音下流側に設置されたエラーマイクの前記筐体内部のハード設置構成となり、前記レファレンスマイクの信号を元に制御装置で前記エラーマイクの信号が最小と成る評価関数により生成した信号を放射する前記付加音源スピーカのシステムとなる。前記エラーマイクは前記開口部の寸法に応じて設置範囲を規定する事で、能動消音上平面波として制御可能となる。【選択図】  図１
2006105484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する壁面の一方側における騒音が、前記開口部から他方側に侵入する際のレベルを低減する騒音低減装置であって、
縦ａ、横ｂにして、
【数１】
2006105484.tif 000011
（ここで、ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)は波数、ｎは１≦ｎ≦２の実数）を満足する矩形なる前記開口部の近傍に配置されるレファレンスマイクロフォンと、
前記他方側に配置され、前記騒音に付加する付加音を放射させる、付加音源スピーカと、
前記他方側に配置され、前記騒音と前記付加音との合成音を検出するエラーマイクロフォンであって、前記壁面とほぼ平行な面内において、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂの矩形で、図心を、前記開口部の図心とほぼ一致させた、エラーマイクロフォン設置範囲に設けられた、エラーマイクロフォンと、
前記エラーマイクロフォンで検出する前記合成音の音圧が最小となる評価関数を、前記リファレンスマイクロフォンで検出した騒音の音圧を基にして、演算すると共に、付加音源スピーカ用の付加音信号を生成する、制御装置と、
を備えることを特徴とする、騒音低減装置。
【請求項２】
前記レファレンスマイクロフォン、前記エラーマイクロフォン及び前記付加音源スピーカは、少なくとも１つずつ設けたことを特徴とする、請求項１記載の騒音低減装置。
【請求項３】
前記制御装置の内部係数を固定係数として記憶する記憶装置を備え、前記制御装置によって前記評価関数を一旦演算した後は、前記エラーマイクロフォンの検出信号を用いることなく、前記内部係数に基づいて前記付加音源スピーカを制御する、請求項１記載の騒音低減装置。
【請求項４】
開口部を有する壁面の一方側における騒音が、前記開口部から他方側に侵入する際のレベルを低減する騒音低減装置であって、
縦ａ、横ｂにして、
【数２】
2006105484.tif 000012
（ここで、ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)は波数、ｎは１≦ｎ≦２の実数）を満足する複数の矩形のセル単位が横に並んだものとして構成される前記開口部における、前記セル単位毎に配置されるレファレンスマイクロフォンと、
前記セル単位毎において、前記他方側に配置され、前記騒音に付加する付加音を放射させる、付加音源スピーカと、
前記セル単位毎において、前記他方側に配置され、前記騒音と前記付加音との合成音を検出するエラーマイクロフォンであって、前記壁面とほぼ平行な面内において、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂの矩形で、図心を、前記セル単位の図心とほぼ一致させた、エラーマイクロフォン設置範囲に設けられた、エラーマイクロフォンと、
前記セル単位毎において、前記各エラーマイクロフォンで検出する前記合成音の音圧が最小となる評価関数を、前記各リファレンスマイクロフォンで検出した騒音の音圧を基にして、演算すると共に、付加音源スピーカ用の付加音信号を生成する、制御装置と、
を備えることを特徴とする、騒音低減装置。
【請求項５】
開口部を有する壁面の一方側における騒音が、前記開口部から他方側に侵入する際のレベルを低減する騒音低減方法であって、
前記開口部を縦ａ、横ｂの矩形状に設定し、
【数３】
2006105484.tif 000013
（ここで、ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)は波数、ｎは１≦ｎ≦２の実数）を満足させ、
前記開口部の近傍にレファレンスマイクロフォンを配置し、
前記他方側に、前記騒音に付加音を放射する付加音源スピーカを設け、
さらに、前記他方側に、前記騒音と前記付加音との合成音を検出するエラーマイクロフォンを設け、かつ、このエラーマイクロフォンは、前記壁面とほぼ平行な面内において、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂの矩形で、図心を、前記開口部の図心とほぼ一致させた、エラーマイクロフォン設置範囲に設け、
前記エラーマイクロフォンで検出する前記合成音の音圧が最小となる評価関数を、制御装置によって、前記リファレンスマイクロフォンで検出した騒音の音圧を基にして、演算すると共に、付加音源スピーカ用の付加音信号を生成し、この付加音信号によって前記付加音源スピーカから付加音を放射させる、
ことを特徴とする、騒音低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口部に進入しようとする騒音を低減する装置及び騒音低減方法に関し、例えば、開口部を有する壁面、或いは換気システムにおけるダクト内の騒音を低減するのに用いて好適な騒音低減装置及び騒音低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダクトへの伝播音低減のための騒音制御では、ダクト断面に音響モードが生じるため、制御演算装置を多チャンネル化することにより対応していた。しかしながら、多チャンネル化すると演算装置への負荷の増加により、演算速度に遅延をもたらすのが避けられない。また、高次モードの検出を行うために多くのマイクロフォンを必要とする。この場合においては、簡易システムで充分な検出精度を上げるようなマイクロフォンの配置設定と、それに応じた演算を行っていた（例えば特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照）。
【０００３】
しかし、これらの手法は、上述のように、多くのマイクロフォンを必要とし、それによって、それら複数のマイクロフォンの設置がスペース的に且つ作業的に煩雑なだけでなく、制御演算装置にも負荷を掛ける結果をもたらしていた。
【０００４】
これに対し、マイクロフォンの数を減らすことにより複数のマイクロフォンの設置の手間を省き、さらに、制御演算装置を簡易化するため、ダクト内部を、気流の流れる方向に沿って、平面波のみが生じる形状に分割する方法がある（例えば特許文献４参照）。この手法では、ダクト内部を分割するものであるため、ダクト設計、製造及び組み立てが複雑化する問題を新たに生じさせる。
【特許文献１】特開平１０−２７４５５６号公報
【特許文献２】特許第３４１１７７２号公報
【特許文献３】特許第３４１１７７７号公報
【特許文献４】特開平１１−１４９２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、従来は、ダクトの断面に音響モードが発生するため、多チャンネルシステムにしなければならなかった。これを避けるべく、単一チャンネルシステム化することも行われている。つまり、ダクト内部に仕切り板を挿入し、この内部を複数のスリット又はセルに分割することで、各スリット又はセル内で平面波を生成するダクト構造としていた。このため、音響モードを正確に把握した上で、モード形状に応じたダクト構造にする必要があった。このダクト構造は複雑なダクト構造になるという結果を招いていた。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、ダクト断面構造を簡易化し、音響モード形状を考慮しなくてもよい、能動消音を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、開口部を有する壁面の一方側における騒音が、前記開口部から他方側に侵入する際のレベルを低減する騒音低減装置であって、縦ａ、横ｂにして、
【数１】
2006105484.tif 000003
（ここで、ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)は波数、ｎは１≦ｎ≦２の実数）を満足する矩形なる前記開口部の近傍に配置されるレファレンスマイクロフォンと、前記他方側に配置され、前記騒音に付加する付加音を放射させる、付加音源スピーカと、前記他方側に配置され、前記騒音と前記付加音との合成音を検出するエラーマイクロフォンであって、前記壁面とほぼ平行な面内において、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂの矩形で、図心を、前記開口部の図心とほぼ一致させた、エラーマイクロフォン設置範囲に設けられた、エラーマイクロフォンと、前記エラーマイクロフォンで検出する前記合成音の音圧が最小となる評価関数を、前記リファレンスマイクロフォンで検出した騒音の音圧を基にして、演算すると共に、付加音源スピーカ用の付加音信号を生成する、制御装置と、を備えるものとして構成される。
【０００８】
さらに、本発明は、開口部を有する壁面の一方側からの騒音が、前記開口部から他方側に侵入する際のレベルを低減する騒音低減装置であって、縦ａ、横ｂにして、
【数２】
2006105484.tif 000004
（ここで、ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)は波数、ｎは１≦ｎ≦２の実数）を満足する複数の矩形のセル単位が横に並んだものとして構成される前記開口部における、前記セル単位毎に配置されるレファレンスマイクロフォンと、前記セル単位毎において、前記他方側に配置され、前記騒音に付加する付加音を放射させる、付加音源スピーカと、前記セル単位毎において、前記他方側に配置され、前記騒音と前記付加音との合成音を検出するエラーマイクロフォンであって、前記壁面とほぼ平行な面内において、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂの矩形で、図心を、前記セル単位の図心とほぼ一致させた、エラーマイクロフォン設置範囲に設けられた、エラーマイクロフォンと、前記セル単位毎において、前記各エラーマイクロフォンで検出する前記合成音の音圧が最小となる評価関数を、前記各リファレンスマイクロフォンで検出した騒音の音圧を基にして、演算すると共に、付加音源スピーカ用の付加音信号を生成する、制御装置と、を備えるものとして構成される。
【０００９】
さらに、本発明は、開口部を有する壁面の一方側における騒音が、前記開口部から他方側に侵入する際のレベルを低減する騒音低減方法であって、前記開口部を縦ａ、横ｂの矩形状に設定し、
【数３】
2006105484.tif 000005
（ここで、ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)は波数、ｎは１≦ｎ≦２の実数）を満足させ、前記開口部の近傍にレファレンスマイクロフォンを配置し、前記他方側に、前記騒音に付加音を放射する付加音源スピーカを設け、さらに、前記他方側に、前記騒音と前記付加音との合成音を検出するエラーマイクロフォンを設け、かつ、このエラーマイクロフォンは、前記壁面とほぼ平行な面内において、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂの矩形で、図心を、前記開口部の図心とほぼ一致させた、エラーマイクロフォン設置範囲に設け、前記エラーマイクロフォンで検出する前記合成音の音圧が最小となる評価関数を、制御装置によって、前記リファレンスマイクロフォンで検出した騒音の音圧を基にして、演算すると共に、付加音源スピーカ用の付加音信号を生成し、この付加音信号によって前記付加音源スピーカから付加音を放射させる、ものとして構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、開口部から進入しようとする騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例を説明するための装置全体の斜視図及び縦断側面説明図である。ここでは、外部からの入射騒音３が筐体１の内部に壁面における開口部（又は、換気システムにおけるダクト）２から入り込もうとする場合を想定する。この場合において、入射騒音３を、前記開口部２の大きさを、能動消音上平面波として考慮可能な大きさのものとすることにより、筐体１の内部に設けた付加音源スピーカ５によって、高効率に相殺しようとするものである。
【００１３】
ここで、本発明の実施例を詳しく説明する前に、本発明の基本的な概念について説明する。本発明は、開口（ダクト）の形状、つまり、縦横比を規定するに当り、モード形状に基づいてなされた従来の概念とは基本的な考え方を全く異にする発明である。つまり、本発明は、制御効果の理論に基づいてなされた発明である。以下にこの理論を説明する。
【００１４】
騒音源からの音（ｐ１）と付加音源スピーカからの音（ｐ２）の２つの音が同振幅であると仮定すると、これらの２つの音の合成音は、音圧を最小としたい場合、
【数４】
2006105484.tif 000006
（ここで、ａ０は定数）
と表せる。このときの騒音源からの音（ｐ１）と付加音源スピーカからの音（ｐ２）間の位相差（ξ（ｒａｄ））は
ξ＝π                              （式２）
と導かれる。
【００１５】
一方、音圧低減可能な騒音源からの音（ｐ１）と付加音源スピーカからの音（ｐ２）間の位相差（ξ（ｒａｄ））の範囲を求めると、
【数５】
2006105484.tif 000007
であることから、
【数６】
2006105484.tif 000008
と求まる。
【００１６】
（式２）と（式４）から、音圧低減理想的な位相差としてのπからの誤差範囲（δ（ｒａｄ））は
【数７】
2006105484.tif 000009
となり、開口部の開口面で、２つの入射波相互間がこの位相差範囲にあれば能動消音効果を得ることが可能である。
【００１７】
本発明は、上記の理論に基づくものである。
【００１８】
今、図１に示す筐体１を想定する。この筐体１は、図１（ａ）の手前側としての前側面（壁面）に縦横がａ，ｂである開口部２を有する。この開口部２の奥側（騒音の下流側）にはダクト２０が形成されている。この筐体１の前側面上に、図１（ｂ）からわかるように、入射騒音３を検出するレファレンスマイクロフォン４を、開口部２の近傍に設置する。
【００１９】
前記開口部２につながるダクト２０内に付加音源スピーカ５を設置する。さらにダクトの下流側にエラーマイクロフォン６を設置する。
【００２０】
図２は、開口部２の寸法とエラーマイクロフォン６の設置位置との関係を示す図である。
【００２１】
縦横ａ，ｂの開口部２は、能動消音上平面波として制御可能な寸法範囲のものとして大きさが能動規定されたものである。即ち、開口部２における対角線の長さが、円周率πを波数ｋ(=2πf／c ，f ：周波数，c ：音速)と任意の実数ｎ（ｎは、１≦ｎ≦２を満す実数）との積で除した値よりも小さい。つまり
【数８】
2006105484.tif 000010
【００２２】
この式を満足させるのは、開口部２において平面波を作るためである。この開口部２内にエラーマイクロフォン設置範囲７が決められる。このエラーマイクロフォン設置範囲７は、縦（ｎ−１）ａ、横（ｎ−１）ｂとして大きさが設定される。
【００２３】
図３は、本発明の装置の全体を示すブロック図である。この装置は、以上に説明した要素以外のものとして、制御装置９と内部係数記憶装置１０を有する。図中、８は図心である。
【００２４】
この装置において、入射騒音３はレファレンスマイクロフォン４によって検出され、制御装置９に伝えられる。制御装置９は、レファレンスマイクロフォン４の信号を元に、付加音源スピーカ５から、エラーマイクロフォン６による検出音が最小となる評価関数を満たすように演算して信号を生成し、この信号によって付加音源スピーカ５から付加音を射出させる。そして、入射騒音３と付加音との合成音はエラーマイクロフォン６によって検出される。上記過程において、制御装置９による上記演算の結果は内部係数記憶装置１０に記憶される。記憶した上記の結果を固定係数として用いることにより、エラーマイクロフォン６は最終的に省略することができる。
【００２５】
図５は、開口部２Ａが、図１の開口部２よりも横に長い、つまり、横の長さが例えば（３×ｂ）というように、開口部２よりも３倍である場合を示している。この場合には、横の長さのｂ毎に区画する仕切板２１，２１を設けることにより、図１の場合と同様に考えることができる。また、この仕切板２１は省略することもできる。このような場合において、各区画（ａ×ｂ）毎に、図１と同様に、レファレンスマイクロフォン４、付加音源スピーカ５、エラーマイクロフォン６を設置すればよい。つまり、もし仮に、開口部が図２の開口部２よりも横長の場合には、横の長さがｂ毎の複数のセル単位毎のものとして考えればよいことになる。即ち、例えば、開口部２Ａが、図５のように、縦ａ、横３ｂの場合には、縦ａ、横ｂの範囲を１つのセル単位として考える。この１つのセル単位毎に、図１、図２等と同様に、レファレンスマイクロフォン４、付加音源スピーカ５、エラーマイクロフォン６を設ければよい。これにより、上述のような、縦ａ、横ｂの開口部２の場合と同様な考え方で、騒音を低減可能である。
【００２６】
図４は、本発明の実施例の効果を示すグラフである。縦軸は、音圧レベルＳＰＬ（サウンドプレッシャレベル）を示す。中央周波数が２５０Ｈｚ，５００Ｈｚ，全周波数ＯＡ（オーバーオール）において、それぞれ左側は本発明を適用しないとき、右側は本発明を適用したときの、音ノイズのレベルを示す。この図４からわかるように、本発明の実施例によれば、各周波数において、それぞれ騒音が低減されているのがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例を説明するための各要素の設置位置関係を示す斜視図、縦断側面説明図。
【図２】開口部の説明図。
【図３】本発明の実施例の装置のブロック図。
【図４】本発明の実施例の効果を示すグラフ。
【図５】本発明の異なる実施例の開口部を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１  筐体
２  開口部
３  入射騒音
４  レファレンスマイクロフォン
５  付加音源スピーカ
６  エラーマイクロフォン
７  エラーマイクロフォン設置範囲
８  図心
９  制御装置
１０  内部係数記憶装置
【図１】
2006105484.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006105484.tif 000017
【図５】
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