JPH04314100A - 能動消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、能動制御方式を採用し
て騒音等の消音を行う能動消音装置に関するものである
。

【０００３】

【従来の技術】近年においては、音源からの騒音に対し
て逆位相で且つ同一振幅の制御音を放出し、双方の音が
干渉することにより消音を行う能動型の消音装置が種々
開発されている。

【０００４】図４は従来の能動型の消音装置のシステム
構成図である。

【０００５】一端が開放された開口部を有するダクト１
０１内にコンプレッサ等の騒音源１０３が存在する。騒
音源１０３より開口部側に消音システム部１０５が配置
されている。位置Ｐｓに配置されたマイク１０７は騒音
源１０３からの騒音を検出し、検出信号を制御部１０９
へ送出する。制御部１０９はフィルタを有し、このフィ
ルタを用いて上記検出信号に対し、逆位相で且つ同一振
幅の信号を得るための制御信号を生成してスピーカ１１
１へ送出する。位置Ｐａに配置されたスピーカ１１１は
上記制御信号に応じて制御音を発生する。このスピーカ
１１１から発生した制御音と騒音源１０３からの騒音と
が位置Ｐｏで干渉して消音される。位置Ｐｏに配置され
たマイク１１３は消音後の残音を検出する。

【０００６】ところで、制御部１０９で制御信号を生成
するためには、予めダクト１０１の音響特性や、マイク
１０７，１１３、スピーカ１１１の特性を測定し、これ
らの測定結果を考慮して上記フィルタの係数を設定する
必要がある。

【０００７】このため、まず、ランダムなノイズをスピ
ーカ１１１から発生させ、位置Ｐａと位置Ｐｏとの間の
伝達係数Ｇａｏを測定する。次に、ランダムなノイズを
スピーカ１１１から発生させたまま、位置Ｐｓと位置Ｐ
ｏとの間の伝達係数Ｇｓｏを測定する。位置Ｐｓで検出
された検出信号に信号処理を施して位置Ｐａで制御音が
発生されるまでの伝達係数をＧｓａとすると、　　　　
Ｇｓｏ＝Ｇｓａ・Ｇａｏ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（１）
上記（１）式の関係が成立する。従って、制御部１０９
における伝達係数Ｇは次の（２）式により示される。

【０００８】 　　　　Ｇ＝−Ｇｓａ＝−Ｇｓｏ／Ｇａｏ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（２）
ここで、常に高い消音効果を維持するためには、マイク
１０７，１１３、スピーカ１１１の経時変化や、気温の
変化による音の伝達特性の変化を考慮して消音に係る処
理を自動的に制御することが望まれていた。

【０００９】そこで、（特開昭６１−２９６３９２）号
広報には適応型の能動制御装置が示されている。この装
置によれば、消音位置へマイクを設け、消音後の残音を
常時モニタしており、このモニタ信号が最小となるよう
に制御部へフィードバックをかけることにより、高い消
音効果が維持できる。

【００１０】図５は従来の適応型の能動制御装置で用い
られる制御部の構成図である。尚、この制御部以外のダ
クト、消音システム部等の構成は図４と同様である。

【００１１】前述したように、スピーカの配置点から消
音点までの伝達係数Ｇａｏを予め測定しておき、この伝
達係数Ｇａｏを係数設定部１１５で設定する。ここで、
音源からの音信号をＳｘ、ダクトの開口部における音信
号をＳｙとすると、これらの音信号ＳｘとＳｙの関係は
次のごとく示される。

【００１２】 　　Ｓｙ＝Ｇｓｏ・Ｓｘ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　……（３）上記ダクトの開口部における音信号Ｓｙを
消音するためには音信号Ｓｙと逆位相で且つ同一振幅の
音信号−Ｓｙをダクトの開口部で重ね合わせればよい。 そこで、スピーカから出力する制御音をＳａとすると、
音信号−Ｓｙは次のように示される。

【００１３】 　　　　−Ｓｙ＝Ｇａｏ・Ｓａ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
……（４）また、図５に示す消音用のフィルタ１１７の
特性、すなわち伝達係数をＧとすると、制御音Ｓａは次
のように示される。

【００１４】 　　　　Ｓａ＝Ｇ・Ｓｘ＝−Ｇｓｏ／Ｇａｏ・Ｓｘ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　……（５）（５）式
を（４）式に代入すると、 　　　　Ｓｙ＝（−Ｇ）・Ｇａｏ・Ｓｘ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（６
）であるから、（６）式からも明らかなように音源から
の音信号Ｓｘを係数設定部１１５の伝達係数Ｇａｏでフ
ィルタ処理したＧａｏ・Ｓｘと、ダクトの開口部におけ
る音信号Ｓｙとから、図示しない適応フィルタにより伝
達係数−Ｇを同定して求めることができ、この伝達係数
−Ｇの符号を反転して消音用のフィルタ１１７の特性を
求めることができる。以上に示した処理をデジタルフィ
ルタを用いて行う場合は、上記消音用のフィルタの特性
はフィルタ係数として得られるので、この係数の符号反
転は各タップ係数値をゼロから引き算することにより得
られる。

【００１５】また、伝達係数ＧｓｏがＧｓｏａへずれる
ことにより、消音用のフィルタの特性の最適値Ｇｎｅｗ
が現在の値ＧｏｌｄからΔＧだけずれた場合、すなわち
、 　　　　Ｇｎｅｗ＝Ｇｏｌｄ−ΔＧ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……
（７）となった場合、ダクトの開口部における消音後の
残音の音信号Ｓｙａは次のごとく示される。

【００１６】 　　　　Ｓｙａ＝Ｓｘ・Ｇ・Ｇａｏ＋Ｓｘ・Ｇｓｏａ　
　　　　　　　　　　　　　　　……（８）従って、最
適な消音時における関係は次のように示される。

【００１７】 　　　　Ｓｘ・（Ｇ−ΔＧ）・Ｇａｏ＋Ｓｘ・Ｇｓｏａ
＝０　　　　　　　　　　……（９）上記（８），（９
）式よりＧｓｏａを消去すると、次のように示される。

【００１８】 　　　　Ｓｙａ＝Ｓｘ・Ｇ・Ｇａｏ−Ｓｘ（Ｇ−ΔＧ）
・Ｇａｏ　　　　　　　　　　＝（Ｓｘ・Ｇａｏ）ΔＧ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　……（１０）よって、前記（６）式と同様に、音源か
らの音信号Ｓｘを係数設定部１１５の伝達係数Ｇａｏで
フィルタ処理したＧａｏ・Ｓｘと、ダクトの開口部にお
ける消音後の残音の音信号Ｓｙａとから、図示しない適
応フィルタにより伝達係数Ｇのずれ成分であるΔＧを同
定して求めることができる。このずれ成分ΔＧはフィル
タ１１９から消音用のフィルタ１１７へ送出され、上記
（７）式から消音用のフィルタ１１７の特性の最適値Ｇ
ｎｅｗを求めることができる。

【００１９】尚、（６）式と、（７），（１０）式とを
比較すると、最初に求める消音用のフィルタ１１７の特
性Ｇは（７）式で、 　　　　Ｇｎｅｗ＝０　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　……（１１）の場合に相当することがわかる。消音
用のフィルタ１１７の特性の初期値を０とし、（１０）
式で表される適応過程と、（７）式で表される係数更新
過程との繰り返しにより、消音に係る処理を最適な状態
に移行させることができる。

【００２０】実際の係数更新過程の演算式は、（７）式
のΔＧにフィードバックゲインパラメータμを掛けて、
次の（１２）式を用いることにより収束速度や安定度の
改善を図るようにしている。

【００２１】 　　　　Ｇｎｅｗ＝Ｇｏｌｄ−μ・ΔＧ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（１２）
すなわち、フィードバックゲインパラメータμが１より
小さい値である場合には、フィードバックの掛かる率が
少なくなり、外乱の影響を受けない。逆にフィードバッ
クゲインパラメータμが１より大きい値である場合には
、フィードバックの掛かる率が多くなり、係数の更新を
加速する。従って、フィードバックゲインパラメータμ
の値に応じて収束速度や安定度を調整することができる
。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、消音後
の残音を検出するためのマイクが消音後の残音のみなら
ず、これよりレベルの高い外部からの音、すなわち外来
騒音を検出した場合には、ダクトの開口部における残音
の音信号が上記外来騒音によって打ち消されてしまい、
ずれΔＧの正確な値が得られないので、消音用のフィル
タの特性が最適な状態から外れてしまうという問題点を
有していた。

【００２３】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、消音後の残音を検出するためのマイクが外部からの
音を検出した場合においても、消音に係る処理を適切に
行なうことのできる能動消音装置を提供することを目的
とする。

【００２４】［発明の構成］

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、音源からの音の伝搬路内もしくはその近傍
にあって当該伝搬路を伝搬される音を検出する音検出手
段と、この音検出手段によって検出された音に係る検出
信号と逆位相で且つ同一振幅の信号を生成するための係
数を設定する係数設定手段と、この係数設定手段により
設定された係数に応じて前記音源からの音を消音するた
めの制御音を発生する制御音発生手段と、この制御音発
生手段による消音効果を評価し、この評価に基づく誤差
信号を出力する誤差信号出力手段と、この誤差信号出力
手段の誤差信号に基づいて係数設定手段の係数を順次変
更するときに、誤差信号が収束方向にあるときには係数
設定手段によって設定される係数の変更を継続し、誤差
信号が収束方向に無いときには当該係数変更の継続を停
止する制御手段とを有することを要旨とする。

【００２６】

【作用】本発明は、音検出手段が音源および音源外のか
らの音を検出すると、この音検出手段からの検出信号に
対して、逆位相で且つ同一振幅の信号を生成するための
係数が係数設定手段で設定される。この設定された係数
に応じて制御音発生手段が前記音源からの音を消音する
ための制御音を発生し、この制御音と伝搬路内もしくは
その近傍の音とを重ね合わせることにより消音を行う。 また、この制御音発生手段による消音効果を評価し、こ
の評価に基づく誤差信号を出力する誤差信号出力手段を
有しており、この誤差信号出力手段からの誤差信号が、
音が徐徐に消音され、収束方向にあるときには、係数設
定手段により設定される係数の値を順次変更する。また
逆に、音源外のからの音が入力する等して誤差信号が収
束方向に無いときには、前記係数変更の継続を停止する
。

【００２７】従って、外部からの音を検出した場合にお
いても、消音に係る処理を適切に行なうことができる。

【００２８】

【実施例】以下本発明に係る−実施例を図面を参照して
詳細に説明する。

【００２９】図２は本発明に係る能動消音装置を冷蔵庫
１に適用した場合を示したものである。まず、構成を説
明すると、冷蔵庫１は冷凍室部３と、冷蔵室部５と、野
菜室部７とから構成されている。冷凍室部３にはエバポ
レータ９とファン１１とが配置されている。また、野菜
室部７の下部後方には機械室１３が形成され、騒音源で
あるコンプレッサ１５と、蒸発皿１７とが配置されてい
る。この蒸発皿１７はエバポレータ９に付着した霜を除
霜したときに生じる水を蒸発させるためのものである。 また、冷蔵庫１の背面には機械室カバー１９が設けられ
ている。

【００３０】次に、図１を参照して本発明に係る能動消
音装置と、その周辺部を説明する。

【００３１】機械室カバー１９には開口部２３が形成さ
れ、機械室１３はいわゆる一次元ダクトと同様な構造に
形成されている。従って、コンプレッサ１５からの騒音
は開口部２３からのみ外部へ伝搬し得る。コンプレッサ
１５には振動ピックアップセンサ（以下、単にセンサと
略称する）２５が固着され、コンプレッサ１５の振動を
検出する。このセンサ２５で検出される振動はコンプレ
ッサ１５の発生する騒音との相関が高いので、センサ２
５は音源からの音を検出する音検出手段として用いられ
る。センサ２５は消音用のフィルタ２７、フィルタ２９
と接続され、センサ２５の検出信号がフィルタ２７、２
９へ送出される。フィルタ２７は音検出手段であるセン
サ２５によって検出された信号と逆位相で且つ同一振幅
の信号を生成するための係数が変更可能に設定される係
数設定手段である。フィルタ２７はスイッチ３１の固定
接点３１ａと接続され、スイッチ３１の可動接点３１ｃ
は消音用のスピーカ３３と接続されている。スピーカ３
３は上記係数設定手段であるフィルタ２７により設定さ
れた係数に応じて前記音源からの音を消音するための制
御音を発生する制御音発生手段である。また、機械室部
１３には評価マイク（以下、単にマイクと称する）３５
が配置され、上記消音後の残音を検出する。マイク３５
はＡ−ＦＩＲフィルタ（以下、単にフィルタと略称する
）３７、減算器３９、評価マイクレベル評価部（以下、
単にレベル評価部と略称する）４１と接続されている。 減算器３９は適応フィルタ誤差レベル評価部（以下、単
にレベル評価部と略称する）４３と接続されると共に、
Ａ−ＦＩＲフィルタ（以下、単にフィルタと略称する）
４５と接続されている。減算器３９とフィルタ４５とで
誤差信号を出力する誤差信号出力手段を形成し、伝達係
数Ｇの最適な値からのずれΔＧの誤差信号をレベル評価
部４３へ出力すると共に、この誤差信号をフィルタ４５
へフィードバックする。レベル評価部４３は入力した上
記誤差信号が一定レベル以上に収束しているかどうかを
判断する。また、レベル評価部４１，４３は係数演算装
置４７と接続されている。レベル評価部４３と係数演算
装置４７とで制御手段を構成し、前記誤差信号出力手段
からの誤差信号が一定レベル以上に収束していることを
判断した場合には、フィルタ４５から入力したずれΔＧ
の値をフィルタ２７へ出力する。これにより、フィルタ
２７により設定される伝達係数Ｇの値が変更される。逆
に、誤差信号が一定レベル以上に収束していないことを
判断した場合には、フィルタ２７により設定される伝達
係数Ｇの値の変更を停止する。また、ホワイトノイズ発
生器４９はスイッチ３１の固定接点３１ｂと接続される
と共に、減算器５１と接続されている。この減算器５１
からの出力信号はフィルタ３７へフィードバックされる
。

【００３２】次に、図１乃至図３を参照して作用を説明
する。

【００３３】まず、スピーカ３３からマイク３５までの
伝達特性Ｇａｏを予め求めておく必要がある。騒音源で
あるコンプレッサ１５の動作を停止した状態で、スイッ
チ３１の可動接点３１ｃを固定接点３１ｂ側へ切り換え
てホワイトノイズ発生器４９からのホワイトノイズをス
ピーカ３３、減算器５１へ出力する。このときのスピー
カ３３から発生する音をマイク３５で検出すると、検出
信号がフィルタ３７へ送出される。フィルタ３７はマイ
ク３５からの検出信号と、ホワイトノイズ発生器４９か
らのホワイトノイズとに基づいてスピーカ３３からマイ
ク３５までの伝達特性Ｇａｏを同定する。この同定され
た伝達特性Ｇａｏはフィルタ２９へ設定される。

【００３４】次に、消音に係る動作を説明する。消音の
動作開始時においてはスイッチ３１の可動接点３１ｃを
固定接点３１ａ側へ切り換える。また、消音の動作開始
時においてはフィルタ２７により設定される伝達係数Ｇ
の初期値は０に設定され、消音に係る動作が繰り返され
るごとに伝達係数Ｇの値が更新される。騒音源であるコ
ンプレッサ１５が動作しているときには、騒音の発生に
応じて振動を生じるので、この振動をセンサ２５が検出
する。センサ２５の検出信号はフィルタ２７、２９へ送
出される。フィルタ２７はセンサ２５からの検出信号を
入力すると、この入力した検出信号に対して逆位相で且
つ同一振幅となるように信号処理してスイッチ３１を介
してスピーカ３３へ出力する。スピーカ３３はフィルタ
２７からの信号に応じて制御音を発生する。この結果、
スピーカ３３から発生した制御音と、コンプレッサ１５
からの騒音とが干渉して消音され、開口部２３の近傍で
は音が小さくなる。このとき蒸発皿１７からの水蒸気や
熱は、開口部２３を介して自由に冷蔵庫の外部へ放出さ
れ得る。以下、同様に開口部２３の近傍での音が最小と
なるように、フィルタ２７により設定される伝達係数Ｇ
が最適な値に順次更新される。

【００３５】次に、フィルタ２７により設定される伝達
係数Ｇの更新に係る作用を説明する。マイク３５は上記
消音後の残音を検出し、検出信号を減算器３９及びレベ
ル評価部４１へ出力する。また、センサ２５からの検出
信号はフィルタ２９へ送出される。フィルタ２９はセン
サ２５からの検出信号を入力すると、この入力した検出
信号を伝達特性Ｇａｏを用いて信号処理してフィルタ４
５へ出力する。フィルタ４５はフィルタ２９からの信号
を入力すると、伝達係数Ｇのずれ成分であるΔＧを同定
して求める。すなわち、マイク３５からの検出信号が減
算器３９へ入力すると、減算器３９からの誤差信号がフ
ィルタ４５へフィードバックされる。フィルタ４５はこ
の誤差信号とフィルタ２９からの信号とに基づいて伝達
係数Ｇの最適値からのずれ成分であるΔＧを求める。ま
た、レベル評価部４３は上記減算器３９からの誤差信号
ａを入力すると、図３に示すように所定時間Ｔ、例えば
、１〜５秒ごとに誤差信号ａの収束量を判定する。例え
ば、時刻ｔ３においては、時刻ｔ１のレベルＨａから時
刻ｔ３のレベルＨｂまでの差を収束量Ｈｘとして算出す
る。また、レベル評価部４３ではこの収束量Ｈｘが所定
値以上であることを判断した場合には、収束量Ｈｘが所
定値以上であることを示す信号を係数演算装置４７へ出
力する。係数演算装置４７は上記収束量Ｈｘが所定値以
上であることを示す信号を入力すると、フィルタ４５か
ら入力したずれΔＧの値をフィルタ２７へ出力する。 これにより、フィルタ２７により設定される伝達係数Ｇ
の値がΔＧだけ変更される。このように伝達係数Ｇの値
が更新されると図３に示すように消音量ｂが増加し、開
口部２３の近傍での音が小さくなる。

【００３６】次に、外部からの音が冷蔵庫１内に侵入し
た場合の作用を説明する。

【００３７】マイク３５が外部からの音を検出した場合
には、図３の時刻ｔ５に示すように誤差信号ａが増加す
る。このため図３の時刻ｔ７において収束量Ｈｘが所定
値以下であることを判断すると、フィルタ２７における
伝達係数Ｇの更新を停止する。この結果、外部からの音
の侵入があった場合であっても、開口部２３の近傍での
音の増大を防止することができる。

【００３８】以上のごとく、誤差信号ａの収束量が所定
値以上である場合には伝達係数Ｇの値を更新し、逆に誤
差信号ａの収束量が所定値以下である場合には伝達係数
Ｇの値の更新を停止して伝達係数Ｇの値を最適な値に設
定することにより、開口部２３の近傍での音が小さくな
るように消音に係る動作を適切に制御することができる
。

【００３９】尚、伝達係数Ｇの値を更新した後に、消音
量が低下したことを判断した場合には伝達係数Ｇの値を
更新前の値に戻すように構成すると、消音に係る制御を
更に安定して行うことができる。このとき、消音量の低
下を判定する際には、マイク３５からの検出信号のレベ
ルを所定時間の平均値で求め、この平均値が前回の値よ
りも所定レベル以上低い値であるかどうかを判断するこ
とにより行う。また、他の方法として伝達係数Ｇの値を
複数回更新した後に、消音量が低下したかどうかを判断
するように構成すると、外来騒音の影響を軽減すること
ができ、消音に係る制御を安定して行うことができる。

【００４０】また、上記の実施例では冷蔵庫に適用した
場合を説明したが、本発明はこれに限定されることなく
適宜の装置に適用することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれば
、誤差信号が収束方向にあるときには、係数設定手段に
より設定される係数の変更を継続し、逆に、誤差信号が
収束方向に無いときには、前記係数変更の継続を停止す
るように構成したので、外部から消音制御を妨げるよう
な音が入力した場合においても、消音に係る処理を適切
に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るー実施例の構成図である。

【図２】図１に示した実施例が適用される冷蔵庫の縦断
面図である。

【図３】誤差信号ａと、消音量ｂとを示した説明図であ
る。

【図４】従来例の構成図である。

【図５】他の従来例の制御部の構成図である。

【符号の説明】

１５　　コンプレッサ ２５　　振動ピックアップセンサ ２７　　フィルタ ３３　　スピーカ ３５　　評価マイク ３９　　減算器 ４３　　適応フィルタ誤差レベル評価部４５　　フィル
タ ４７　　係数演算装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　音源からの音の伝搬路内もしくはその
   近傍にあって当該伝搬路を伝搬される音を検出する音検
   出手段と、この音検出手段によって検出された音に係る
   検出信号と逆位相で且つ同一振幅の信号を生成するため
   の係数を設定する係数設定手段と、この係数設定手段に
   より設定された係数に応じて前記音源からの音を消音す
   るための制御音を発生する制御音発生手段と、この制御
   音発生手段による消音効果を評価し、この評価に基づく
   誤差信号を出力する誤差信号出力手段と、この誤差信号
   出力手段の誤差信号に基づいて係数設定手段の係数を順
   次変更するときに、誤差信号が収束方向にあるときには
   係数設定手段によって設定される係数の変更を継続し、
   誤差信号が収束方向に無いときには当該係数変更の継続
   を停止する制御手段とを有することを特徴とする能動消
   音装置。