(57)【要約】【課題】消音波が周辺に広がらずに目的のノイズ音のみを消音することができる小型の消音装置および電子機器を提供すること。【解決手段】マイクと、該マイクにより集音されたノイズ音を変換した電気信号に対して逆位相であり、かつ同振幅の電気信号に変換する電気回路と、電気信号を音信号として出力するスピーカーとを備え、このスピーカーに、指向性スピーカーを用いる消音装置の構成を採用した。そして、この消音装置を搭載した電子機器は、筐体に内蔵されるノイズ発生源から出力されるノイズ音を消音でき位置に、前述した消音装置を配置して、ノイズ音を消音できるようにした構成を採用した。【選択図】 図１
2005234203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクと、該マイクにより集音されたノイズ音を変換した電気信号に対して逆位相であり、かつ同振幅の電気信号に変換する電気回路と、前記電気信号を音信号として出力するスピーカーとを備え、
前記スピーカーは、指向性スピーカーであることを特徴とする消音装置
【請求項２】
前記指向性スピーカーと前記マイクを、同一基板上に隣接して設けたことを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
【請求項３】
前記基板は回路基板であり、その回路基板の表面に前記電気回路を搭載し、前記回路基板の裏面に前記指向性スピーカーとマイクを載置して、前記電気回路と、前記指向性スピーカーおよび前記マイクとの電気的な接続をしてなることを特徴とする請求項２に記載の消音装置。
【請求項４】
前記回路基板に、通気口を備えることを特徴とする請求項３に記載の消音装置。
【請求項５】
前記消音装置から出力する逆波形の音として、超音波の搬送波信号を用いて、逆波形の音を変調出力し、狭指向性の逆波形音場を形成する機能を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の消音装置。
【請求項６】
筐体に内蔵されるノイズ発生源から出力されるノイズ音を消音できる位置に、請求項１から５のいずれか一項に記載の消音装置を配置して、前記ノイズ音を消音できるようにしたことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
前記ノイズ発生源に対して、前記指向性スピーカーの音波の出力側とを対向して配置したことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気口や冷却ファン等から発生する雑音やノイズ音を消音するための消音装置およびその消音装置を搭載した電子機器に関する。特に、マイクと、該マイクにより集音されたノイズ音を変換した電気信号に対して逆位相であり、かつ同振幅の電気信号に変換する電気回路と、電気信号を音信号として出力するスピーカーとを備えた消音装置およびその消音装置を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パソコンなどの電子機器は、動作時間が長くなると内部の発熱量が増加する傾向にあるため、筐体内部に冷却用のファンを搭載したものが多くなってきている。この様な電子機器では、ファンの回転によって生じる音が騒音になるという問題があり、ファンを低騒音の機器構成にしたり、ファンの回転数を抑えるといった対策がとられている。しかしながら、これらの方法はファンによる冷却効果の向上を妨げる方向に働くことが多いとされていた。そこで、このファンの回転数を抑えずともファンの消音を無指向性のスピーカーを用いて行う消音装置とその消音装置が搭載された電子機器が開示された。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この従来技術に示されている消音装置の概略を図６に示した概略図を用いて説明する。
従来の電子機器は、図６に示すように排気口３０の両脇に取り付けられた無指向性スピーカー３１と、マイク１１と、逆波形信号を生成する電気回路３２とで構成された消音装置と、さらに、電子機器の内部の発熱量を低減させるための排気ファン２５を有している。
【０００４】
そしてこの電気回路３２は、スピーカー３１に接続されるスピーカーアンプ３３とマイク１１に接続されるマイクアンプ３５と、スピーカーアンプ３３とマイクアンプ３５に接続される変調回路３４とで構成されている。
【０００５】
なおこの電子機器は、排気ファン２５の排気口３０からの排気音をマイク１１で収集し、変調回路３４で排気音と逆の波形を持った信号を作製する。その信号を無指向性スピーカー３１で出力できる構成となっている。
【０００６】
この従来の電子機器に搭載されている無指向性のスピーカーから出力された排気音と逆波形の音は、スピーカーの周囲に広がってゆき、排気口から発生する排気音と重なる。すると、お互いの音の波形同志が打ち消し合い、排気音を消音することができるようになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４４６６７号公報（第８頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来の電子機器は、排気音の消音に無指向性スピーカー３１を用いているので、逆波形の消音波がスピーカー周辺に均一に広がってしまう。そのため、排気口３０周辺では、スピーカーから出力された逆波形の消音波により排気音が相殺されて消音されることとなるが、必ずしもこの消音作用は、全ての排気音を消すことができない。つまり、排気口３０から離れた方向へ広がった消音波は、その場所では打ち消し合う音がないために、消音波の音が発生することになる。したがって消音波が逆にノイズ音となってしまうという課題がある。
【０００９】
また、排気音を収集するマイク１１は、無指向性スピーカー３１から出力される消音波を拾ってハウリングを起こさないように、配置する必要がある。つまり、この現象を起こさないようにするために、無指向性スピーカー３１とマイク１１を適切な距離を取って配置しなければならず、結果的に消音装置およびそれを搭載した電子機器のサイズが大きくなってしまう課題もある。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、消音波が周辺に広がらずに目的のノイズ音のみを消音することができる小型の消音装置およびそれを搭載した電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の消音装置および電子機器は、基本的には下記記載の構成を採用する。
【００１２】
本発明の消音装置は、マイクと、当該マイクにより集音されたノイズ音を変換した電気信号に対して逆位相であり、かつ同振幅の電気信号に変換する電気回路と、電気信号を音信号として出力するスピーカーとを備え、スピーカーを指向性スピーカーとしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の消音装置は、前述した指向性スピーカーとマイクを、同一基板上に隣接して設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の消音装置は、前述した基板が回路基板であり、その回路基板の表面に電気回路を搭載し、裏面に指向性スピーカーとマイクを載置して、電気回路と、指向性スピーカーおよびマイクとの電気的な接続をしてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の消音装置は、前述した回路基板に、通気口を設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の消音装置は、前述した消音装置から出力する逆波形の音として、超音波の搬送波信号を用いて逆波形の音を変調出力し、狭指向性の逆波形音場を形成する機能を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の電子機器は、筐体に内蔵されるノイズ発生源から出力されるノイズ音を消音できる位置に、前述した消音装置を配置して、ノイズ音を消音できるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の電子機器は、ノイズ発生源に対して、指向性スピーカーの音波の出力側を対向して配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した様に、本発明の消音装置に搭載するしピーカーに指向性スピーカーを用いているので、このスピーカーから出力された消音波により、周辺に消音波が広がらずに目的のノイズ音のみを消音できるようになる。
【００２０】
また、本発明の消音装置は、スピーカーに指向性スピーカーを用いているので、ノイズ音収集用マイクとスピーカーを隣接して配置することができ、この消音装置を搭載した電子機器のサイズを小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の消音装置の構造を示す断面図、図２はその平面図を示している。まず本図面を用いて本発明の消音装置の構造について説明する。
図１に示す本発明の消音装置は、消音波の出力部となる指向性スピーカー１０と、排気音などのノイズ音を収集するマイク１１と、収集したノイズ音と逆位相、かつ同振幅の逆波形信号を生成するための半導体装置１４や、抵抗１５や、コンデンサー１６などで構成された電子回路１２とを搭載する回路基板１３で構成される。
【００２２】
消音波を出力する指向性スピーカー１０は、回路基板１３の一方の面上に配置され、ノイズ音を収集するマイク１１は、同一面上に隣接して配置される。また、逆波形信号を発生する電子回路１２は回路基板１３裏面に配置され、指向性スピーカー１０とマイク１１とを回路基板１３内に作製した図示しない配線で電気的に接続した構造としている。
【００２３】
また図２に示すように、回路基板１３には排気ファンなどからの排気が通り抜けられるように、マイク１１や、指向性スピーカー１０や、ここでは図示しない電子回路１２を設けていない部分である所望の領域に通気口１７を開けた構造としている。そのため、本発明の消音装置を熱排気口などへ取り付ける場合であっても、熱排気はこの通気口１７を通って外部へ放出されることになり、消音装置がこの熱排気で加熱されることを防ぐことができるようになっている。
【００２４】
次に本発明の消音装置の具体的な手段について説明する。図３は本発明の消音装置において行うノイズ音とは逆波形を作る信号処理の手順を示す説明図である。
本発明の消音装置の駆動方法は、図３に示すように、マイク１１からノイズ音の音波波形を取り込み、ここで取り込まれたノイズ音の逆位相であり、かつ同振幅の消音波信号を逆波形消音信号発生手段１８で生成し、この消音波信号を指向性音場信号発生手段１９で指向性の信号へ変換し、指向性スピーカー１０を通して消音波信号を出力できる構成になっている。
【００２５】
前述した指向性音場信号発生手段１９について、更に詳細に説明する。
狭指向性のある音場を出力させるためには、指向性スピーカー１０から出力する音波を超音波域の音波にし、再生したい音声で変調することによって可聴音を再生する方法を用いる。
【００２６】
まず図３に示すように、信号処理の手順は、まずマイク１１で取り込まれたノイズ音を逆波形消音波信号発生手段１８でノイズ音波形とは逆位相、同振幅の逆波形の消音波信号を生成する。次にこの消音波信号を用いて、超音波発振手段２０で生成した超音波帯域の搬送波信号を、搬送波変調手段２１で周波数変調法もしくは位相変調法により変調させて変調搬送波信号を作成し、この搬送波変調信号を指向性スピーカー１０から出力する。ここで作成される変調搬送波信号は、一定周期の超音波の搬送波信号が可聴音信号の振幅に合わせて変調されており、波形の振幅は同一とし、部分的に周期が異なる波形となっている。
【００２７】
先に示した搬送波変調手段２１で採用する周波数変調法は、逆波形消音信号発生手段１８からの消音波信号の交流信号の振幅に比例して搬送波信号の角周波数を変化させて、搬送波を伸縮させた変調搬送波信号を作成する方法である。
【００２８】
また、本発明で用いている超音波帯域の搬送波信号は、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数を用いるのが好ましい。一般的には、人間の耳に聞こえないと言われている１８から２０ｋＨｚ以上の周波数帯域を超音波としている。しかし、４０ｋＨｚ未満の搬送波信号では可聴音周波数に近すぎるため、前述した可聴音信号でこの搬送波信号を変調しても、搬送波の伸縮度合いが小さくなってしまう。そのため、この帯域では、可聴音のノ
イズ音の逆振幅の音波が再生され難いし、例えこれが再生されたとしても、非常に音圧の低い音になってしまい、消音作用を発揮できなくなる。
【００２９】
逆に、１００ｋＨｚより高い周波数帯域の搬送波信号を用いた場合、周波数変調もしくは位相変調を行うことで可聴音の再生は可能となるが、搬送波の振動に比べて変調された部分の振動に差がありすぎるため、逆にノイズとなってしまう。そのため、消音装置から出力する音この帯域の搬送波を使用するのは向いていない。また、１００ｋＨｚより高い周波数の搬送波信号は、超音波発振手段２０にて高周波の信号を発生させるための消費電力が大きくなってしまう。上記理由により、１００ｋＨｚより高い周波数の搬送波信号を用いることは、電子回路の消費電力が大きくなるため好ましくない。
【００３０】
さらに、前述した周波数変調を行う場合には、０．１から３０ｋＨｚの変調周波数で搬送波を周波数変調することが好ましい。それは、再生させる可聴音によって変調周波数を調節し、可聴音が歪みなくきれいに再生されるところに合わせる際に、３０ｋＨｚ以上の変調度になると、再生される可聴音の歪みが大きくなり、音が割れて聞こえるようになる。そのため、この帯域でも使用できない。また、０．１ｋＨｚ以下になると変調が低すぎて可聴音が再生されなくなってしまうからである。
【００３１】
先に説明をした周波数変調に代えて行うことができる位相変調法は、逆波形消音信号発生手段１８からの消音波信号の振幅に比例して搬送波信号の位相を変化させ、搬送波を伸縮させた変調搬送波信号を作成する方法である。この両者のいずれの方法であっても、搬送波信号が伸縮部をもった波形の変調搬送波信号へ変換させることができる。
【００３２】
ここで用いる超音波帯域の搬送波信号においても、先に説明をした４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数を用いるのが好ましい理由は、前述したと同じである。
【００３３】
また、前述した位相変調を行う場合には、０．１から２５ｒａｇの変調位相で搬送波を変調することが好ましい。それは、再生させる可聴音によって変調位相を調節する際に、２５ｒａｇ以上の変調では再生される可聴音の歪みが大きすぎて、ノイズ音が割れて聞こえてしまい好ましくない。また、０．１ｒａｇ以下では変調が低すぎて可聴音は再生されなくなってしまうからである。
【００３４】
この手段で生成された変調搬送波信号を指向性スピーカー１０より出力すると、変調搬送波信号の伸縮にしたがって大気が振動し、高圧部と低圧部を形成する。結果としてこれが２次音波となる。２次音波として形成される音波は、変調に使用した消音波信号と同じ波形であるため、結果として逆波形消音信号発生手段１８から供給された消音波信号の音波が形成され、再生されることになる。
【００３５】
この手段で生成された変調搬送波信号を指向性スピーカー１０より出力すると、狭指向性の可聴音場を形成することが可能となる。この原理について図４を用いて説明する。図４は、本発明の消音装置を動作させて狭指向性の音場を形成される原理を示す説明図である。
【００３６】
一般的に、ある平坦な板を可聴音域から超音波域まで徐々に振動周波数を高くしてゆくと、振動周波数が高くなるにつれて振動している平坦な板の中心軸を中心とした領域に音圧の高い領域が集中した音場２４を形成するようになってくることが知られている。超音波域の振動でもこの現象があてはまり、本発明の消音装置に備えた指向性スピーカー１０から出力された超音波の消音波信号は、スピーカー前面で音場が集中し、周囲には広がらず狭い指向性を示す。したがって、生成される２次音波２３としての消音波も、狭い指向性音場内で生成され、結果的に狭指向性を持った消音波を出力することができる。
【００３７】
したがって、この消音装置では、ノイズ源となる排気口や冷却ファンなどに向けて消音波を放射する場合に、消音波が周囲に広がらないようにすることができるため、排気口からのノイズ音のみを消去することできる。そして、この消音装置から出力された消音波は、周辺へ広がらないため、漏れた消音波がノイズ音となることがない。
【００３８】
またこの消音装置から出力された消音波が狭指向性を持っているので、ノイズ音収集用のマイク１１を指向性スピーカー１０と隣接して配置することができるようになる。そのため、この消音装置を搭載した電子機器を小型とすることができる。
【００３９】
前述した消音装置の構造とすることで、冷却装置などに用いられる排気ファンと消音装置を一体化した構造とした電子機器とすることができる。図５にその構造を示す。図５は本発明の消音装置を搭載した電子機器における、排気ファンと消音装置を一体化構造とした構造例を示す図面である。
【００４０】
本発明の電子機器は、排気ファン２５に指向性スピーカー１０とマイク１１部とを対向させ、外枠２６で排気ファン２５と回路基板１３を固定して一体化した構造とした。
【００４１】
さらに前述したように回路基板１３の余白部分には、ここでは図示しない通気口１７となる穴を開けておくことで、熱排気２７は外部へ放出され、消音装置が加熱され、電子機器が破壊されることはない。
【００４２】
さらに本発明の電子機器の構造を採用すれば、マイク１１から収集した排気音に対応する逆波形消音波発生手段１８で作製した消音波を、指向性スピーカー１０より出力してノイズ発生源である排気ファン２５から出力される排気音を消去することができる。
【００４３】
この様に排気ファン２５と消音装置を一体化することができるため、省スペースに本発明の消音装置を取り付けた電子機器とすることができる。
【００４４】
また、排気ファンのような一定のノイズ音を出すような電子機器に本発明の消音装置を取り付ける場合は、予めノイズ音に対応した消音波を設定して出力するようにすることでマイク１１を省略することができ、さらに消音装置および電子機器を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の消音装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の消音装置の構造を示す平面図である。
【図３】本発明の消音装置から出力されるノイズ音とは逆波形を作る信号処理工程を示す説明図である。
【図４】本発明の消音装置に搭載した指向性スピーカーが狭指向性の音場を形成する方法を示す説明図である。
【図５】本発明の電子機器の構造を示す断面図である。
【図６】背景技術における電子機器の概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  指向性スピーカー
１１  マイク
１２  電子回路
１３  回路基板
１４  半導体装置
１５  抵抗
１６  コンデンサー
１７  通気口
１８  逆波形消音信号発生手段
１９  指向性音場信号発生手段
２０  超音波発振手段
２１  搬送波変調手段
２２  変調信号
２３  ２次音波
２４  音場
２５  排気ファン
２６  外枠
２７  熱排気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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