JPH04324051A - 能動音響減衰器 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は例えば、ダクト内の騒音
を検出して逆相の音波を発生し、減衰させる能動音響減
衰器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばビルの空調システムなどのように
、ダクトを敷設して空調機と接続し、ダクトに温度調整
された空気を送り込んだり、室内からの排気を行ったり
するシステムを考えてみると、送風や排気に際して生ず
る振動がダクト内を伝わり、室内に騒音を撒き散らすと
云ったことが起きる。そこで、騒音を小さくする試みが
なされており、これは一般に音響減衰器を用いる。原理
的には本体運転時におけるダクト内騒音をマイクロフォ
ン（以下、単にマイクと称する）で検出し、これに対応
する逆位相の音波（消音音波信号）を発生してダクト内
に送ることにより相殺し、消音させると云うものである
。

【０００３】ところで、このような音響減衰器をダクト
に適用する場合に考慮すべき点は、ダクトの断面寸法に
よって減衰させるべき周波数帯域が変化すると云うこと
である。例えば、ダクトの断面寸法が２００　ｍｍ角の
場合、０〜８００Ｈｚ、断面寸法３５０ｍｍ角の場合、
０〜５００Ｈｚの周波数帯域であり、ダクトの断面寸法
に応じたこれらの周波数帯の帯域外の音響に対しては消
音音波信号の周波数が遮断されるように設定しないと、
騒音を消すどころかむしろ増大させてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ダクトを持つシステム
において、そのシステムの運転時におけるダクト内騒音
を音響減衰器を用いて消音する場合、発生騒音の周波数
とレベルを検知して、それと逆位相で同レベルの打ち消
し信号（消音音波信号）を発生させてダクト内に送り、
互いに打ち消し合うことを利用して騒音の減衰を図る。 この場合、ダクト径に応じて消音音波信号の周波数帯の
成分が規制され、これを越える周波数成分の消音音波信
号が含まれるときは、消音どころかむしろ騒音の増大が
生じるばかりでなく、最悪の場合は発振してしまうこと
もある。

【０００５】そのため、ダクト径に対応した適切な消音
音波信号の周波数帯となるように設定する必要がある。

【０００６】従来はそのために検出系と消音音波出力系
にそれぞれ消音制御する周波数帯の上限を定める低域フ
ィルタを設定する必要があった。この設定周波数はダク
ト内径により変化することから、対象とするダクトの径
に応じた最適な遮断周波数に設定したものを使用する必
要があった。

【０００７】このため、ダクトの寸法が変わると、低域
フィルタの遮断周波数をダクト寸法に応じて変更する必
要があるが、この変更は手間がかかり、また、能動音響
減衰器の現場での据付時にこのような変更を行おうとし
ても現実にはは困難である。従って、予め、ダクトの寸
法に合わせて音響減衰器の低域フィルタを設定したもの
を現場に運び、据え付けるようにするが、これではコス
トがかさみ、また、標準化が図れない。

【０００８】そこで、この発明の目的とするところは、
据え付けて運転する際にダクト寸法に対応した最適な遮
断周波数になるように自動調整でき、ダクト寸法に関係
なく標準化できるようにしてコストダウンを図ることが
できるようにした能動音響減衰器を提供することにある
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は次のように構成する。すなわち、騒音源からの
騒音を検出してその周波数とレベルに対応する逆相の消
音音波を発生し、騒音を相殺して減衰させることにより
消音をする能動音響減衰器において、前記騒音を検出し
てその周波数とレベルに対応する検出信号を得る検出手
段と、この検出手段の検出信号を濾波すると共に設定信
号に応じた遮断周波数に設定される遮断周波数可変調整
可能なフィルタ手段と、このフィルタ手段の抽出出力を
受け、当該抽出出力に対応する周波数および出力レベル
の逆相信号を消音信号として出力すると共に、モニタ検
出系からのモニタ信号により減衰後の騒音のレベルと周
波数との情報を受け、残存騒音の周波数帯に対応した最
適遮断周波数を得るための設定信号を発生するコントロ
−ル手段と、このコントロ−ル手段からの消音信号を受
けてこの信号に対応した音波を発生し、騒音の減衰を行
う消音発生手段と、減衰後の騒音のレベルと周波数との
検出を行って前記コントロ−ル手段に前記情報として与
えるモニタ手段とより構成する。

【００１０】

【作用】このような構成の本装置は、検出手段により騒
音を検出してその周波数とレベルに対応する検出信号を
得、この検出信号をフィルタ手段にて濾波すると共に、
コントロ−ル手段はこの濾波後の検出信号（抽出出力）
を受けて、当該抽出出力に対応する周波数および出力レ
ベルの逆相信号を消音信号として消音発生手段に出力す
る。消音発生手段はこの消音信号を受けてこの信号に対
応した音波を発生し、騒音の減衰を行う。一方、モニタ
手段は減衰後の騒音のレベルと周波数との検出を行って
前記コントロ−ル手段に与え、コントロ−ル手段は残存
騒音の周波数帯に対応した最適遮断周波数を得るための
設定信号を発生してフィルタ手段に与えるので、フィル
タ手段はこの設定信号に応じた遮断周波数に設定される
。

【００１１】この結果、減衰後の騒音のレベルと周波数
に対応した消音すべき周波数帯についても検出信号から
抽出できるようにフィルタ手段は調整されるので、減衰
消音させるべき周波数帯は標準の周波数帯より実施させ
れば、打ち消されずに残る周波数帯の騒音をモニタ系に
より調べられ、当該打ち消されずに残る周波数帯の騒音
があるときに、検出系の検出周波数帯をその消されずに
残る周波数帯が検出できるようにフィルタ手段の遮断周
波数を伸ばすので、ダクトサイズに合う最適な騒音周波
数帯域の範囲で検出と減衰制御を行うことができるよう
になる。

【００１２】そして、フィルタの周波数帯域を可変とし
たことにより、ダクト径寸法にかかわりなく、音響減衰
効果を保持した能動音響減衰器を提供できるので、能動
音響減衰器は標準化することができ、コストダウンを図
ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。

【００１４】図１は本発明による能動音響減衰器の一実
施例を示すブロック図である。図１において、１はダク
ト、２はダクト１内を伝わって来る音（音響，音波）、
３は検出マイク、４はモニタマイク、５はスピーカ、６
は帯域通過フィルタ、７ａ，８ｂはアンプ、８ａ，８ｂ
はＡ／Ｄ変換器、９は帯域通過フィルタ、１０はパワー
アンプ、１１はＤ／Ａ変換器、１２はコントローラ、１
３は低域通過フィルタである。

【００１５】検出マイク３はダクト１に取り付けられ、
ダクト１内を伝わって来る音２を検出して電気信号に変
換するものである。また、帯域通過フィルタ６はスイッ
チドキャパシタを使用しており、検出マイク３にて出力
された電気信号を受けて所定の帯域成分の周波数帯のも
のを通すフィルタである。アンプ７ａはこの帯域通過フ
ィルタ６を介して与えられる電気信号を増幅するもので
あり、Ａ／Ｄ変換器８ａはこの増幅後の電気信号をディ
ジタル信号に変換してコントローラ１２に与えるもので
ある。

【００１６】コントローラ１２はこのディジタル信号を
受けてダクト内音響の周波数、位相や大きさ（音のレベ
ル）を演算し、各周波数毎の逆位相で同じ大きさの音の
データ（消音成分信号）を生成して出力する機能を有す
る。

【００１７】Ｄ／Ａ変換器１１はコントローラ１２の出
力する消音成分信号（ディジタル信号）をアナログ信号
化するものであり、低域通過フィルタ１３はこのアナロ
グ信号を受けてこれの低域成分を抽出して出力するもの
であり、パワーアンプ１０は信号はこの低域通過フィル
タ１３により抽出された信号を増幅する回路であり、ス
ピーカ５はこのパワーアンプ１０の出力を音に変換して
ダクト１内に送出するためのものである。検出マイク３
により検出された信号をもとにダクト１内騒音を打ち消
すようにするため、スピーカ５は騒音源から見て検出マ
イク３より下流の適宜なる位置に設ける。

【００１８】モニタマイク４はダクト１に取り付けられ
、ダクト１内を伝わって来る音２を検出して電気信号に
変換するものであるが、ここではスピーカ５による消音
操作後のダクト１内騒音をモニタするため、騒音源から
見てスピーカ５より下流の適宜なる位置に設ける。また
、帯域通過フィルタ９はスイッチドキャパシタを使用し
ており、モニタマイク４にて検出されて出力された電気
信号を受けてこの信号のうち、所定の帯域成分の周波数
帯のものを通すフィルタである。アンプ７ｂはこの帯域
通過フィルタ９を介して与えられる電気信号を増幅する
ものであり、Ａ／Ｄ変換器８ｂはこの増幅後の電気信号
をディジタル信号に変換してコントローラ１２に与える
ものである。

【００１９】また、コントローラ１２は上記の機能の他
、モニタマイク４にて検出されて入力されたデータによ
り、打ち消されずに残ったダクト内騒音の周波数成分と
その音のレベルを知って、帯域通過フィルタ６および９
の遮断周波数を制御し、発生している騒音の周波数成分
に対応した検出周波数帯域となるようにこれら帯域通過
フィルタ６および９の制御係数を制御する機能も有する
。

【００２０】図２は帯域通過フィルタ６および９で用い
られるスイッチドキャパシタ・フィルタ回路の一例であ
る。スイッチドキャパシタは広く使用されている技術で
あり、原理的にはコンデンサ（キャパシタ）の入出力を
スイッチで交互に所定の時間ｔで切り替え、充放電する
ことで、切り替え周期の間に入力側から出力側に流れる
電荷ΔＱは当該キャパシタの充電電荷をＣＶ１　、放電
出力をＣＶ２　とすると、ΔＱ＝ＣＶ１　−ＣＶ２　＝
Ｃ（Ｖ１　−Ｖ２　）と表わせ、切り替え周期をＴｃ　
と置くと、周期Ｔｃ　の間に流れる平均電流をｉとする
とｉ＝ΔＱ÷Ｔｃ　＝Ｃ（Ｖ１　−Ｖ２　）÷Ｔｃ　と
置けることから、切り替え周波数をｆｃとすると１÷ｆ
ｃ＝Ｔｃ　で、ｉ＝ΔＱ×ｆｃ　＝Ｃ（Ｖ１　−Ｖ２　
）ｆｃ　となり、ｉはキャパシタの容量Ｃと切り替え周
波数ｆｃと電圧（Ｖ１　−Ｖ２　）に比例し、等価的な
抵抗ＲはＲ＝（Ｖ１−Ｖ２　）÷ｉ＝（１÷Ｃ×ｆｃ　
）となってキャパシタの容量Ｃと切り替え周波数ｆｃに
のみ、依存すると云うものである。

【００２１】図２のスイッチドキャパシタ・フィルタ回
路はオペアンプ２１、キャパシタ２２ａおよび２２ｂ、
スイッチドキャパシタ２３ａおよび２３ｂ、および可変
発振器２４からなる帯域通過フィルタを構成している。

【００２２】具体的には次のように構成している。すな
わち、オペアンプ２１の非反転入力端子はスイッチドキ
ャパシタ２３ａおよび２３ｂの直列回路を介して入力端
子に接続されており、オペアンプ２１の非反転入力端子
と接地点との間にはキャパシタ２２ｂが接続されている
。また、オペアンプ２１の反転入力端子と、前記直列接
続されたスイッチドキャパシタ２３ａおよび２３ｂの接
続点との間にキャパシタ２２ａが接続され、オペアンプ
２１の反転入力端子と出力端子との間を接続して構成す
ると共に、可変発振器２４の出力クロックでスイッチド
キャパシタ２３ａおよび２３ｂのスイッチング周期をコ
ントロ−ルしている。可変発振器２４の発振周波数は前
記コントロ−ラ１２により制御される。

【００２３】この回路における帯域通過フィルタはスイ
ッチドキャパシタ２３ａ，２３ｂを抵抗として用いるＲ
Ｃ回路網によるフィルタであり、このスイッチドキャパ
シタと等価な抵抗Ｒは次式 　　　　　　Ｒ＝（Ｖ１　−Ｖ２　）÷ｉ＝（１÷Ｃ×
ｆｃ　）　　　　　　　　　　　　…（ａ）　但し、Ｃ
はコンデンサの容量、ｆは周波数である。

【００２４】で決定されるため、このフィルタ回路の遮
断周波数は可変発振器２４の発振周波数ｆで決定される
。このことから、フィルタ回路の遮断周波数は可変発振
器２４の発振周波数ｆを調整することにより容易に変更
が可能である。

【００２５】次にこのような構成の本装置の作用につい
て説明する。ダクト１内を伝わって来る音（音響，音波
）２は検出マイク３によりキャッチされ、電気信号に変
換される。そして、この電気信号は帯域通過フィルタ６
により、濾波された後、アンプ７ａで増幅され、Ａ／Ｄ
変換器８ａによりディジタル信号化されてコントローラ
１２に取り込まれる。コントローラ１２は音響の周波数
、位相や大きさ（音のレベル）を演算し、各周波数毎の
逆位相で同じ大きさの音のデータを生成してＤ／Ａ変換
器１１に送る。Ｄ／Ａ変換器１１ではこのデータをアナ
ログ化した後、低域通過フィルタ１３に送って低域成分
のみを取り出し、アンプ１０に送り、ここで増幅してか
らスピーカ５を通してダクト１内に放出し、ダクト内騒
音である音２を打ち消す。

【００２６】このとき打ち消されずに残った他の周波数
成分のダクト内騒音は、モニタマイク４により検出され
て電気信号化され、帯域通過フィルタ９により濾波され
た後、アンプ７により増幅され、Ａ／Ｄ変換器８により
ディジタル信号化されてからコントローラ１２に取り込
まれ、制御係数を変更する要素となる。この繰り返しに
より、音響減衰が行われる。

【００２７】コントローラ１２ではモニタマイク４によ
り検出される打ち消されずに残ったダクト内騒音の周波
数成分とその音のレベルを知って、帯域通過フィルタ６
および９の遮断周波数を制御し、発生している騒音の周
波数成分に対応した検出周波数帯域となるようにこれら
帯域通過フィルタ６および９の制御係数を制御する。図
２の構成による帯域通過フィルタ６および９では、その
遮断周波数を決定するのは可変発振器２４の出力クロッ
ク（これによってフィルタを構成するスイッチドキャパ
シタの抵抗成分としての値が決定される）であるから、
打ち消されずに残ったダクト内騒音の周波数成分をも含
む最適な遮断周波数になるような制御信号を帯域通過フ
ィルタ６および９の可変発振器２４に与える。

【００２８】ここで、帯域通過フィルタ９はではモニタ
用のマイク４からの検出出力を受けて、打ち消されずに
残ったダクト内騒音の周波数成分を調べるためのモニタ
系に使用するものであるから、例えば、帯域通過フィル
タ６の遮断周波数より幾分高い周波数に設定するように
コントロ−ラ１２に制御させる。

【００２９】この結果、初期時は標準の遮断周波数が得
られるように制御係数を設定して騒音の検出とそれに基
づく消音信号の発生を行い、騒音の打ち消しを行うと共
に、打ち消されない周波数成分の騒音の有無をモニタ系
にてモニタし、打ち消されない周波数成分の騒音がある
場合は検出系の帯域通過フィルタ６の遮断周波数をモニ
タ系の検出周波数とそのレベルに応じて調整すべく制御
係数を可変制御し、検出する騒音の周波数帯域を現実に
対応したものとなるように制御することから、打ち消す
べき騒音の周波数帯域とその各周波数の騒音レベルに対
応した逆相の消音信号をスピーカ５から出力させること
ができ、対象とするダクト１のサイズが変わってもが最
適に減衰消音することができるようになる。

【００３０】また、減衰消音させるべき周波数帯は標準
の周波数帯より実施させ、打ち消されずに残る周波数帯
の騒音をモニタ系により調べ、当該打ち消されずに残る
周波数帯の騒音があるときは、検出系の検出周波数帯を
その消されずに残る周波数帯が検出できるようにフィル
タ回路の遮断周波数を伸ばすようにしたので、ダクトサ
イズに合う最適な騒音周波数帯域の範囲で検出と減衰制
御を行うことができるようになる。

【００３１】このように本発明はダクト騒音を減らすた
めの能動音響減衰器において、固定式の帯域フィルタか
ら、スイッチドキャパシタを抵抗成分として利用し、ス
イッチングの切り替え周期により抵抗値を変えることが
できるようした可変式のＣＲ回路形帯域フィルタに変更
した。これにより、より適切な帯域フィルタの設定によ
る音響減衰性能の増大（最適化）をディジタル制御によ
り行うことができ、標準化が可能になってダクト径寸法
の変更に伴う部品交換の手間の削減やコストダウン等の
実現が可能になる。

【００３２】尚、本発明は上記し、且つ、図面に示す実
施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内
で適宜変形して実施し得るものであり、例えば、上記実
施例はダクト内の騒音の減衰を例に説明したが、他のパ
イプ類、筐体類、室内等の騒音減衰に対しても適用可能
である。

【００３３】

【発明の効果】 【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明に使用する帯域フィルタ回路の構成を示
す回路図。

【符号の説明】

１…ダクト、２…ダクト１内を伝わって来る音響（音波
）、３…検出マイク、４…モニタマイク、５…スピーカ
、６…帯域通過フィルタ、７ａ，７ｂ…アンプ、８ａ，
８ｂ…Ａ／Ｄ変換器、９…帯域通過フィルタ、１０…パ
ワーアンプ、１１…Ｄ／Ａ変換器、１２…コントローラ
、１３…低域通過フィルタ、２１…オペアンプ、２２ａ
，２２ｂ…キャパシタ、３２ａ，２３ｂ…スイッチドキ
ャパシタ、２４…可変発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　騒音源からの騒音を検出してその周波
   数とレベルに対応する逆相の消音音波を発生し、騒音を
   相殺して減衰させることにより消音をする能動音響減衰
   器において、前記騒音を検出してその周波数とレベルに
   対応する検出信号を得る検出手段と、この検出手段の検
   出信号を濾波すると共に設定信号に応じた遮断周波数に
   設定される遮断周波数可変調整可能なフィルタ手段と、
   このフィルタ手段の抽出出力を受け、当該抽出出力に対
   応する周波数および出力レベルの逆相信号を消音信号と
   して出力すると共に、モニタ検出系からのモニタ信号に
   より減衰後の騒音のレベルと周波数との情報を受け、残
   存騒音の周波数帯に対応した最適遮断周波数を得るため
   の設定信号を発生するコントロ−ル手段と、このコント
   ロ−ル手段からの消音信号を受けてこの信号に対応した
   音波を発生し、騒音の減衰を行う消音発生手段と、減衰
   後の騒音のレベルと周波数との検出を行って前記コント
   ロ−ル手段に前記情報として与えるモニタ手段とより構
   成することを特徴とする能動音響減衰器。