(57)【要約】【課題】筐体内部で生じる雑音の漏洩を防ぐ為、騒音源を含む筐体内部に直接適用可能な能動消音装置を提供する。【解決手段】能動消音装置は、隔壁４Ｗで囲まれた内部に騒音を発する騒音源１を有するとともに開放口４Ｚが形成された筐体４に適用され、マイクロホン２とスピーカ３と制御部８とで構成される。マイクロホン２は、騒音の漏洩路となる開放口４Ｚで内部から外部に向かって空間をあけて少なくとも二個取り付けられ、開放口４Ｚを通る騒音を検出して対応する検出信号を出力する。スピーカ３は、筐体４の内部に配され、制御部８から出力される駆動信号に応じ動作して制御音を発生する。制御部８は、マイクロホン２からの検出信号に基づいて、該二個のマイクロホンが取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となる様に駆動信号を生成し、これによりスピーカ３を駆動することで、各マイクロホンの出力が最小となる様に制御する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部と外部を隔てる隔壁で囲まれた内部に騒音を発する騒音源を有するとともに該隔壁に騒音の漏洩路となる開放口が形成された筐体に適用され、マイクロホンとスピーカと制御部とで構成された能動消音装置であって、
前記マイクロホンは、騒音の漏洩路となる該開放口で内部から外部に向かって空間をあけて少なくとも二個取り付けられ、該開放口を通る騒音を検出して対応する検出信号を出力し、
前記スピーカは、該筐体の内部に少なくとも一個配され、該制御部から出力される駆動信号に応じ動作して制御音を発生し、
前記制御部は、該マイクロホンから出力される検出信号に基づいて、該二個のマイクロホンが取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となる様に駆動信号を生成し、これにより該スピーカを駆動することで、各マイクロホンの出力が最小となる様に制御することを特徴とする能動消音装置。
【請求項２】
前記制御部は、記憶手段と、振動速度検出手段と、駆動信号生成手段とを含み、
前記記憶手段は、筐体の内部にあらかじめ規定された基準点とスピーカ、マイクロホン及び騒音源との各距離をパラメータとして記憶しておき、
前記振動速度検出手段は、各マイクロホンから出力された検出信号と、該記憶手段に記憶された各パラメータとから該騒音源の振動速度を算出し、
前記駆動信号生成手段は、各マイクロホンから出力された検出信号と、該振動速度検出手段で算出された該騒音源の振動速度と、該記憶手段に記憶された該パラメータとに基づいて、該スピーカに供給する駆動信号の生成に必要なスピーカの振動速度を算出することを特徴とする請求項１記載の能動消音装置。
【請求項３】
前記制御部は、準備段階として、騒音をマイクロホンで検出し、その検出信号に基づいて振動速度検出手段で騒音源の振動速度を算出し、
次に実際に騒音制御を開始して記憶手段から読み出した各騒音源、スピーカ、マイクロホンの位置に関するパラメータと、騒音源の振動速度と、各マイクロホンから出力される検出信号とから、最小二乗法により各マイクロホンが取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となるスピーカの振動速度を求め、これに基づいて駆動信号を生成し、スピーカに入力することを特徴とする請求項２記載の能動消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は雑音の検出結果に応じて能動的に制御音を発生し、以って雑音を打ち消す能動消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から消音手段としてパッシブ方式とアクティブ方式がある。パッシブ方式は吸音材や遮音材を用いて雑音を遮断する方式である。吸音材や遮音材などを用いるパッシブ方式は高音域の消音には比較的効果があるが、低音域の消音にはあまり効果は発揮しない。アクティブ方式は騒音と逆位相の音を用いて騒音を打ち消す方式である。この様なアクティブ方式は従来から能動消音システムと呼ばれ、特許文献１〜特許文献６に開示されている。
【特許文献１】特開平０９−１７７５３３号公報
【特許文献２】特開平０９−２７４４８９号公報
【特許文献３】特開平０４−３５８７１２号公報
【特許文献４】特開２００２−１３２２６５公報
【特許文献５】特開平０９−２２２８９２号公報
【特許文献６】特開平０８−１９６７７２号公報
【０００３】
図５は従来の能動消音システムの一例を示す模式図である。図示する様に、この能動消音システムは騒音源１７から導かれているダクト１６に適用される。この能動消音システムは、騒音源１７からの騒音を検出する為にダクト１６に取り付けられたマイクロホン１１、騒音を制御する為に同じくダクト１６に取り付けられたスピーカ１０、同じくダクト１６に取り付けられ打消し誤差を検知するマイクロホン１２で構成されている。又このシステムは制御部としてこれらスピーカ１０、マイクロホン１１，１２に接続された適応フィルタ１３、適応アルゴリズム１４及び固定フィルタ１５を含んでいる。
【０００４】
従来の能動消音システムでは、騒音検出マイクロホン１１から騒音制御用スピーカ１０のある制御点までの伝達関数を同定する為に、適応フィルタ１３のフィルタ係数を更新し、以ってスピーカ１０を駆動し制御音を生成する。適応フィルタの更新法として用いられる適応アルゴリズム１４は、例えばＬＭＳアルゴリズムを採用している。本システムでは、あらかじめ事前に固定フィルタ１５に騒音制御用スピーカ１０から誤差検出用マイクロホン１２までの音響伝達関数を同定しておかなければならない。係る三次元空間の能動消音装置は、マイクロホン１１，１２で囲まれたダクト１６内部には騒音源１７が存在しない系に対して適用されている。換言すると、外部の騒音源１７から伝達される騒音をダクトなどの騒音源から離間した空間で消音する場合に適用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５に示した従来方式の場合、騒音源１７から離れたダクト１６の内部で騒音が低減された空間を作るシステムである。しかしながら、騒音源を含む筐体内部から外部に漏洩する騒音を筐体内部で低減するシステムには適用できない。又制御点から誤差検出用マイクロホン１２までの伝達関数の同定誤差などから、伝達関数を更新しても十分な消音効果が得られない場合がある。加えて制御音を生成する為の適応フィルタ１３はＬＭＳ法で更新されるが、フィルタ係数の収束誤差などにより消音効果が低くなる。更に騒音検出用マイクロホン１１から制御用スピーカ１０までの伝達関数のみが更新され、制御用スピーカ１０から誤差検出用マイクロホン１２までの伝達関数の経時変化は考慮されておらず、消音効果に限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は筐体内部で生じる雑音の漏洩を防ぐ為、騒音源を含む筐体内部に直接適用可能な能動消音装置を提供することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、内部と外部を隔てる隔壁で囲まれた内部に騒音を発する騒音源を有するとともに該隔壁に騒音の漏洩路となる開放口が形成された筐体に適用され、マイクロホンとスピーカと制御部とで構成された能動消音装置であって、前記マイクロホンは、騒音の漏洩路となる該開放口で内部から外部に向かって空間をあけて少なくとも二個取り付けられ、該開放口を通る騒音を検出して対応する検出信号を出力し、前記スピーカは、該筐体の内部に少なくとも一個配され、該制御部から出力される駆動信号に応じ動作して制御音を発生し、前記制御部は、該マイクロホンから出力される検出信号に基づいて、該二個のマイクロホンが取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となる様に駆動信号を生成し、これにより該スピーカを駆動することで、各マイクロホンの出力が最小となる様に制御することを特徴とする。
【０００７】
具体的には、前記制御部は、記憶手段と、振動速度検出手段と、駆動信号生成手段とを含み、前記記憶手段は、筐体の内部にあらかじめ規定された基準点とスピーカ、マイクロホン及び騒音源との各距離をパラメータとして記憶しておき、前記振動速度検出手段は、各マイクロホンから出力された検出信号と、該記憶手段に記憶された各パラメータとから該騒音源の振動速度を算出し、前記駆動信号生成手段は、各マイクロホンから出力された検出信号と、該振動速度検出手段で算出された該騒音源の振動速度と、該記憶手段に記憶された該パラメータとに基づいて、該スピーカに供給する駆動信号の生成に必要なスピーカの振動速度を算出する。
【０００８】
又前記制御部は、準備段階として、騒音をマイクロホンで検出し、その検出信号に基づいて振動速度検出手段で騒音源の振動速度を算出し、次に実際に騒音制御を開始して記憶手段から読み出した各騒音源、スピーカ、マイクロホンの位置に関するパラメータと、騒音源の振動速度と、各マイクロホンから出力される検出信号とから、最小二乗法により各マイクロホンが取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となるスピーカの振動速度を求め、これに基づいて駆動信号を生成し、スピーカに入力する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、筐体内部から外部へ放出される騒音を、筐体内部と外部の境界の音響インピーダンス密度を最小にすることで、放射騒音を低減している。従来方式の様に騒音とは逆位相の相殺音を出すのではなく、局所的に音響インピーダンスが０になる様な制御音を出力することで騒音が筐体内部にこもり、筐体外部には漏れ出さない様にするシステムが構築可能である。本システムは低音域の消音においてもその効果を発揮できる。尚、制御音は筐体内部で放出される為、筐体内部のトータルの音量は増大する可能性があるが、筐体外部に漏れ出す音は低減化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る能動消音装置の全体構成を示す模式図である。図示する様に、本能動消音装置は、内部と外部を隔てる隔壁４Ｗで囲まれた内部に騒音を発する騒音源１を有するとともに、隔壁４Ｗに騒音の漏洩路となる開放口４Ｚが形成された筐体４に適用され、マイクロホン２とスピーカ３と制御部８とで構成される。筐体４は例えば液晶プロジェクタを収納するケースである。この場合騒音源１としては冷却用のファンなどが含まれる。但し本発明の能動消音装置は液晶プロジェクタの様に小型な筐体に適用できるばかりでなく、より大きな筐体にも応用可能である。例えば周囲を側壁で囲まれた部屋なども筐体と見なされ、本能動消音装置を適用可能である。例えばボイラー室などに適用でき、内部のボイラーから発する騒音を外部に漏洩することを防止可能である。
【００１１】
本実施形態は直方体型の筐体４に、合計３個の開放口４Ｚが形成されている。又騒音源１としては２個のファンが筐体４に収納されている。又スピーカ３は４個使われている。このスピーカ３は専ら能動消音の為に設けられたものである。本実施形態では４個のスピーカ３が用いられているが、個数はこれに限られるものではなく少なくとも１個あればよい。
【００１２】
マイクロホン２は、騒音の漏洩路となる開放口４Ｚで内部から外部に向かって空間を空けて少なくとも２個取り付けられ、開放口４Ｚを通る騒音を検出して対応する検出信号を出力する。本実施形態では、マイクロホン２は各開放口４Ｚに合計４個取り付けられている。内側に近い２個のマイクロホンと外側に近い２個のマイクロホンとの間に空間がある。この空間の寸法は騒音の波長よりも狭く設定されている。スピーカ３は筐体４の内部に少なくとも１個配され、制御部８から出力される駆動信号に応じ動作して制御音を発生する。図示を簡略化する為、制御部８とスピーカ３やマイクロホン２との間の結線は省略してある。本実施形態では筐体４を構成する隔壁４Ｗに４個のスピーカ３が取り付けられている。各スピーカ３は筐体４の内部に向かって制御音を発生する。制御部８は、マイクロホン２から出力される検出信号に基づいて、内側と外側で２個のマイクロホン２が取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となる様に駆動信号を生成し、これにより各スピーカ３を駆動することで、各マイクロホン２の出力が最小となる様に制御する。
【００１３】
この様に本能動消音装置は、筐体内部に適用されインピーダンス制御によって騒音の外部への漏洩を防止するシステムである。ここで音響インピーダンス＝音圧／粒子速度という関係がある。筐体４の外側のインピーダンスが内側より非常に小さい場合、開放端の音圧は０になる。その為筐体４の開放口４Ｚ（音が漏れ出す部分）で、音響インピーダンスを０とすることにより、騒音は開放口４Ｚの空間を音圧０の状態で通ることになる。本能動消音装置では、開放口４Ｚに内側と外側で２つ一組のマイクロホン２を設置してあるので、その両方のマイクロホン２で音圧が０の状態を作り出せば、騒音はその空間を通って外に漏れ出さないことになる。但し、開放口４Ｚに配される前後２つ一組のマイクロホン２の間隔は雑音の波長よりも狭く設定することが好ましい。現象的には、筐体４の内部に置かれた騒音源１から発した騒音は、開放口４Ｚに形成されたインピーダンス最小の空間で打ち消されもしくは反射して内部にこもることになる。この音響インピーダンス最小の空間は、制御部８によりスピーカ３を介して形成される。
【００１４】
図２は、図１に示した制御部８の具体的な構成を示すブロック図である。図示する様に制御部８は、記憶手段５と、振動速度検出手段６と、駆動信号生成手段７とを含む。制御部８の係る構成はコンピュータで能動消音プログラムを実行することにより、ソフトウェア的に構成可能である。記憶手段５は、筐体４の内部にあらかじめ規定された基準点と各スピーカ３、各マイクロホン２及び各騒音源１との距離をパラメータとして記憶しておく。これらのパラメータは筐体４におけるマイクロホン２、スピーカ３及び騒音源１の音響伝達関数の算出に使われるものである。振動速度検出手段６は、各マイクロホン２から出力された検出信号と、記憶手段５に記憶された各パラメータとから騒音源１の振動速度を算出する。駆動信号生成手段７は、各マイクロホン２から出力された検出信号と、振動速度検出手段６で算出された騒音源１の振動速度と、記憶手段５に記憶された該パラメータとに基づいて、各スピーカ３に供給する駆動信号の生成に必要なスピーカ３の振動速度を算出する。
【００１５】
能動消音の準備段階として、制御部８はまず騒音をマイクロホン２で検出し、その検出信号に基づいて振動速度検出手段６で騒音源１の振動速度を算出する。続いて実際に騒音制御を開始する。具体的には、記憶手段５から読み出した各騒音源１、スピーカ３、マイクロホン２の位置に関するパラメータと、騒音源１の振動速度と、各マイクロホン２から出力された検出信号とから、最小二乗法により各マイクロホン２が取り付けられた位置で音響インピーダンス密度が最小となるスピーカ３の振動速度を求め、これに基づいて駆動信号を生成し、各スピーカ３に入力する。
【００１６】
図３は騒音源１から放出される騒音の波形を示す模式図である。（Ａ）は騒音の基本波成分（正弦波）を表わしている。
【００１７】
（Ｂ）は騒音のスペクトルを表わしている。騒音源から発する騒音は基本周波数成分に加え高長波成分も含んでいる。本発明に係る能動消音装置は、筐体の外部と内部を接続する開放口の位置で、音圧レベルが０となる様に消音用スピーカ３を駆動している。
【００１８】
図４は、図１及び図２に示した能動消音装置の動作説明に供するフローチャートである。ステップＳ１で制御を開始した後、ステップＳ２で定期的に騒音を検出する。ステップＳ３で検出された騒音の音圧の二乗和を計算し、最小となっているか否かを判定する。その際算出に用いる騒音源の振動速度は、記憶手段から規定値を読み出すか、あるいは前回使った値を初期値として用いる。算出された騒音音圧の二乗和が最小である時には、スピーカの駆動信号は更新せず、そのままの振動速度でスピーカを駆動する。そしてステップＳ２に戻り所定時間経過後騒音検出を行う。
【００１９】
ステップＳ３で騒音の音圧の二乗和が最小にならなかった場合には、ステップＳ４に進む。ステップＳ４で騒音を検出し、騒音の各マイクロホン位置での振動速度を算出する。続いてステップＳ５に進み、各マイクロホンの位置と、算出した振動速度とから、各マイクロホン位置での騒音の音圧の二乗誤差が最小となる様に、スピーカの振動速度を算出し、これに基づいてスピーカ駆動信号を生成する。更にステップＳ６に進み、スピーカ駆動信号で実際にスピーカを駆動し、制御音を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る能動消音装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る能動消音装置の制御部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】騒音の波形図である。
【図４】本発明に係る能動消音装置の動作説明に供するフローチャートである。
【図５】従来の能動消音装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・騒音源、２・・・マイクロホン、３・・・スピーカ、４・・・筐体、４Ｗ・・・隔壁、４Ｚ・・・開放口、５・・・記憶手段、６・・・振動速度検出手段、７・・・駆動信号生成手段、８・・・制御部
【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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