JPH07219558A

JPH07219558A - ダクト用能動消音装置

Info

Publication number: JPH07219558A
Application number: JP6008155A
Authority: JP
Inventors: Koji Iwase; 幸司岩瀬; Katsuo Oki; 克夫大木; Shinichi Shimoide; 新一下出; Osamu Sekiguchi; 治関口; Masanori Watabe; 眞徳渡部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ダクトより放射される騒音を能動的に低コスト
で、かつ、高信頼性で、なおかつ、高い周波数までの消
音をすること。【構成】ダクト１を複数個の流路に分割し、その中の一
つの流路２２では能動的に消音し、他の流路ではスピー
カ７のみをおいて、補正フイルタ１９を置いて、消音可
能として、ダクト放射音を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機あるいは、
送風ダクト，冷却流路を持つ各種機器に係り、特に、ダ
クト、あるいは各種機器から放射される騒音を、低コス
ト且つ効率的で、能動的に消去するダクト用能動消音装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダクト内の騒音を低減する方法として、
近年、音を音で消す能動制御手法が開発され機器の低騒
音化への適用が試みられている。これらの能動制御手法
は、ダクト内に消去する付加音源を配置し、騒音源から
の情報を検知するセンサ手段と、消音後の音の情報を検
知する誤差検知手段を持ち、センサ手段の信号の振幅と
位相を変更し、誤差検知手段の出力が最小となるように
能動的に求め、付加音源出力に与えるレベル補正手段と
を備えたものが多い。

【０００３】このような構成で、消音したい周波数を高
くするには、ダクトの寸法を小さくするか、ダクトを分
割するかして一本のダクトの寸法を小さくする必要があ
る。単純にダクトの寸法を小さくすると、一定の風量を
確保するには、ダクト内部の風速が大きくなり、圧力損
失が大きくなってしまう。このため、より容量の大きな
ファンを用いることになり、ファンの発生音が大きくな
ってしまう。

【０００４】ダクトを分割した場合の例は、特開平3−1
3997号公報等実施例で開示されている。ダクトごとに付
加音源としてのスピーカ一個，誤差検知手段としてのエ
ラーマイク一個，騒音源からの情報を検知するセンサ手
段としてのマイク一個が必要になる。この従来例では、
分割したダクトの後流側の全体が一つの流路となる位置
にエラーマイクを一つ配置している。この従来例では、
それぞれスピーカ出力を決定するための演算を適応的に
行うために、全体の演算量が膨大となってしまう欠点を
有している。このために、各流路毎にコントローラを配
置して制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コン
トローラの数を低減することによって低コストとし、ま
た、能動制御の追従性を悪化させず、消音対象周波数を
高くできるダクト内消音装置を提供することにある。

【０００６】

【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、ダクト内の一部分を複数個の流路に分割
し、それぞれの流路内に音を消去する付加音源を配置
し、その一つの流路内に騒音源からの情報を検知するセ
ンサ手段と、消音後の音の情報を検知する誤差検知手段
を持ち、前記センサ手段の信号の振幅と位相を変更し、
前記誤差検知手段の出力が最小となるように能動的に求
め、付加音源出力に与える第一のレベル補正手段とを備
え、他の付加音源には、レベル補正手段の出力を補正す
る第二のレベル補正手段の出力を与えるようにしてい
る。

【０００７】複数個の流路は、全て同一の断面形状及
び、長さを有している。

【０００８】レベル補正手段はあらかじめ求めた、セン
サ手段からほかの流路のセンサ手段の設置位置までの伝
達特性を前記第一のレベル補正手段の出力に補正する手
段を持っている。

【０００９】補正する手段は前記伝達特性をデジタルフ
ィルタ内に有限長インパルス応答の形で保持し、これと
前記第一のレベル補正手段の出力とを畳み込み積分する
手段としている。

【００１０】

【作用】本発明に係るダクト内能動消音装置では、騒音
源からの音波と付加スピーカからの音波とを干渉させ
て、エラー信号検出器（エラーマイク）の出力（エラー
信号）が最小となるように、付加アクチュエータへの入
力信号を作成する。付加アクチュエータへの入力信号は
騒音情報検出手段の出力信号を用いて、駆動信号作成手
段により作成する。ここで、以下の説明のためにエラー
信号をｅ，騒音情報検出手段の出力信号をｘ，付加アク
チュエータへの入力信号とエラー信号検出器出力信号間
の伝達関数をＣ，駆動信号作成手段で騒音情報検出手段
の出力信号ｘに掛けられる重み関数（適応フィルタ係
数）をＷ，付加アクチュエータへの入力信号をＹとする
と、ＹはＷとＸの畳み込み積分により演算される。この
Ｙを付加アクチュエータを通して出力し、騒音源からの
音波と付加アクチュエータからの音波の合成された音
波、即ちエラー信号ｅを小さくなるように、Ｗの値を適
応的に更新する必要がある。

【００１１】この方法の一つであるFiltered-x ＬＭＳ
アルゴリズムでは、

【００１２】

【数１】Ｗ_new＝Ｗ_old−２μ(ＣＸ)ｅ …（１）という演算式で適応フィルタ係数Ｗの更新が実行され
る。適応フィルタ係数Ｗは、制御の実行される環境及び
対象とする騒音の性質によってその係数の数が決定され
る。このうち、ＣＸの畳み込み積分の項は別に演算し、
これをＲとおく。この計算式では、伝達関数Ｃと出力信
号ｘの畳み込み積分、および、Ｒとｅとの積の計算を必
要とする。このため、複数のダクト毎にこれらの演算を
することにより、多くの演算量を必要としてしまう。こ
のため、これを一つのディジタルシグナルプロセッサで
処理しようとすると、サンプリング周波数に制限が必要
となる。多くのディジタルシグナルプロセッサで処理す
ることはできるが、コストが大幅に増加する。

【００１３】分割したダクトが幾何学的に同一形状およ
び壁材の物性値が同一であれば、ダクト内の騒音の伝搬
特性は全てのダクト内で同一になる。一方、適応フィル
タ係数Ｗは騒音情報検出手段の出力信号ｘから付加スピ
ーカへの入力信号までの伝搬特性を表している。本発明
では、一本のダクトに騒音情報検出手段としてのマイク
と付加アクチュエータとしての付加スピーカとエラー信
号検出器としてのエラーマイクを設け、この系で消音動
作を能動的に行うが、これを以後を基準系と呼ぶことに
し、他のダクトには付加スピーカを全て同一位置に取り
付けることにより、上記したように、ダクト内の騒音の
伝搬特性は全てのダクト内で同一であるので、騒音情報
検出手段としてのマイク出力信号を基準系の騒音情報検
出手段としてのマイク出力信号から求めることにする。
このようにすることにより、基準系以外のダクトでは能
動的な消音動作をする必要が無く、基準系の適応フィル
タ係数Ｗを用いて、それぞれの付加スピーカ出力を求め
ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】ダクト１の上流（図中右側）には、送風源
（ファン）が設置されている。ダクト１の左側は外部空
間に開放されている。ダクト１内部には、モルトプレン
という吸音材３が貼付られている。このためにダクト１
内を伝搬する音波は伝搬するに従い低減する。ダクト内
には破線で示される仕切板２が設けられ、この仕切板２
によってダクト１は流路２１と流路２２に分割されてい
る。このために、ダクト１内の音波は流路２１と流路２
２とを伝搬して外部に透過している。

【００１６】流路２１のダクト壁面部には騒音源からの
情報を検知するセンサ手段としてのマイク４，付加音源
としてのスピーカ６、および、消音後の音の情報を検知
する誤差検知手段としてのエラーマイク５とが設置され
ている。また、流路２２には付加音源としてのスピーカ
７が設置されている。点線内はコントローラ２３の信号
の流れを示す。また、コントローラ２３内の点線部分は
ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２４内のディ
ジタル信号の処理内容をブロック図として示したもので
ある。

【００１７】コントローラ２３はマイクのアンプ８，１
２，スピーカのアンプ１０，１４，アンチエイリアジン
グフィルタと呼ばれる低域通過フィルタ（図示せず）Ｄ
／Ａ変換器１１，１５，Ａ／Ｄ変換器９，１３、およ
び、ＤＳＰ２４，電源回路（図示せず），メモリ（図示
せず），クロック（図示せず）などから構成されてい
る。

【００１８】全体の信号処理系を以下説明する。

【００１９】流路２１内のマイク４の出力はアンプ８に
よって増幅され、アンチエイリアジングフィルタを通
り、Ａ／Ｄ変換器９によってディジタル化され、基準信
号Ｘとなる。基準信号Ｘと適応フィルタ係数Ｗは畳み込
み積分され、付加スピーカ６の入力信号ｙとなる。ｙは
Ｄ／Ａ変換器１１によって、アナログ化され、アンチエ
イリアジングフィルタを通り、アンプ１０で増幅した後
に、スピーカ６に入力される。一方、基準信号Ｘとマイ
ク４と付加スピーカ６の間の空間伝達特性を表すＣ（読
みだし可能なメモリに記憶されている）とは畳み込み積
分され、仮想入力Ｒが求まる。一方、エラーマイク５の
出力はアンプ１２によって増幅され、アンチエイリアジ
ングフィルタを通り、Ａ／Ｄ変換器１３によってディジ
タル化され、誤差信号ｅとなる。この誤差信号ｅと仮想
入力Ｒを用いて、作用の項で詳述した適応アルゴリズム
１７に従って、適応フィルタ１６の適応フィルタ係数Ｗ
を更新している。これらの処理のディジタル処理の部分
が第一のレベル補正手段である。このような処理を行う
ことによって、流路２１から外部に放射される騒音は低
減する。

【００２０】一方、流路２２に対しては次のようにな
る。

【００２１】基準信号Ｘと読みだし可能なメモリに記憶
されている補正フィルタ１９のフィルタ係数Ｇとを畳み
込み積分し、流路２２の基準信号Ｘ１を求める。この基
準信号Ｘ１と適応フィルタ２０の適応フィルタ係数Ｗと
を畳み込み積分し、流路２２内のスピーカ７の入力信号
ｙ１を求める。この基準信号Ｘから基準信号Ｘ１を求め
る手段が第二のレベル補正手段である。ｙ１はＤ／Ａ変
換器１５によって、アナログ化され、アンチエイリアジ
ングフィルタを通り、アンプ１４で増幅した後に、スピ
ーカ６に入力される。補正フィルタ１９は基準信号Ｘと
基準信号Ｘ１との間の伝達特性を表し、フィルタ係数Ｇ
は有限長インパルス応答フィルタ(FIR）の形である。こ
のようにして、流路２２から外部に放射される騒音は低
減される。

【００２２】本発明ではこのように構成しているので、
以下の効果が得られる。

【００２３】ダクト１内に吸音材３と貼付ているので、
能動消音にとって、消去しにくい高周波数の騒音を消音
できる。このために、能動消音の消音効果を有効に利用
できる。また、流路２１，流路２２のそれぞれの流路で
の、騒音の低減も合わせて得られるので、付加スピーカ
６から音がマイク４へフィードバックされることによっ
て、発生するハウリングの抑制に効果が得られる。

【００２４】適応フィルタが１６のみと一つで済むの
で、適応フィルタ１６の適応フィルタ係数Ｗの更新計算
が少なくて良い。このため、ＤＳＰ内部の総演算量が少
なく、消音する周波数を高くできる。また、ある周波数
までの、消音動作を行うために、ＤＳＰが二個いる条件
でも、本発明の条件では、ＤＳＰが一つで済むため、低
コスト化が図れる。

【００２５】また、騒音源からの情報を検知するセンサ
手段としてのマイクが分割流路の数に係らず一つで良
く、消音後の音の情報を検知する誤差検知手段としての
エラーマイクもまた、一つで良い。このために、マイ
ク，Ａ／Ｄ変換器の数が大幅に低減できるのでコスト低
減の効果が大きい。

【００２６】さらに、装置全体で必要とする、マイクな
どのハードの数が減るので信頼性が大幅に向上する。

【００２７】図２には、第一の実施例での読みだし可能
なメモリに記憶されている補正フィルタ１９のフィルタ
係数Ｇを求める方法を示している。

【００２８】図１に示したマイク４と流路２２内の同位
置にマイク２５を設け、また、ダクト１内にスピーカ２
６を置き、雑音信号発生器２８より、白色ノイズを発生
し、アンプ２７を介して、スピーカ２６を駆動する。こ
のようにして、ダクト１内に騒音を発生させ、ダクト１
外部へと騒音を放射させる。この時、マイク４とマイク
２５の間の伝達特性を以下のように決定する。

【００２９】マイク４の出力は、アンプ８で増幅され、
Ａ／Ｄ変換器９でディジタル化され、信号ｘとなる。一
方、マイク２５の出力は、アンプ２９で増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３０でディジタル化され、信号ｄとなる。信号
ｘとフィルタ３２のフィルタ係数Ｇとを畳み込み積分
し、信号ｙを求める。信号ｄより信号ｙを加算器（減算
器）３１により減算し、誤差信号ｅを得る。信号ｘと誤
差信号ｅを用い、適応アルゴリズム３３により、フィル
タ係数Ｇを適応的に更新する。この適応アルゴリズム
は、良く知られている最小二乗平均法（ＬＭＳ）を用い
る。

【００３０】このようにして決定したフィルタ係数Ｇを
図１に示した適応フィルタに記憶しておき、消音動作に
適用する。

【００３１】この実施例では、マイク４からマイク２５
までの伝搬特性を解析的にでなく、実験的に決定するこ
とができるので、非常に容易に求められる。

【００３２】第二の実施例を図３によって説明する。

【００３３】筐体３４の内部にはモータ（図示せず）、
電気基盤（図示せず）などの発熱体が収納されている。
これを冷却するために内部に冷却ファン（図示せず）が
あり、冷却風を駆動している。冷却風の吸入側は筐体３
４下部の床下（図示せず）から取り入れているので騒音
の放射は考慮に入れなくて良い。

【００３４】筐体３４上部にダクト３５を設け、冷却風
を外部に吐出する。ダクト３５は仕切板３６，３７，３
８によって分割され、四つの流路４８，４９，５０，５
１に分けられる。流路２１のダクト壁面部には騒音源か
らの情報を検知するセンサ手段としてのマイク４，付加
音源としてのスピーカ６、および、消音後の音の情報を
検知する誤差検知手段としてのエラーマイク５とが設置
されている。また、流路４８には付加音源としてのスピ
ーカ３９が、流路４９には付加音源としてのスピーカ４
０が、流路５０には付加音源としてのスピーカ４１が設
置されている。このブロック図ではスピーカ，マイクの
アンプ、および、Ａ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ変換器は図１と
同様となるので、省略している。マイク１の出力信号は
基準信号ｘとなり、適応フィルタ１６の適応フィルタ係
数Ｗと畳み込み積分され、付加スピーカ６の入力信号ｙ
を得る。基準信号ｘは空間フィルタＣと畳み込み積分さ
れ、仮想入力Ｒとなる。エラー信号ｅと仮想入力Ｒとを
用いて、適応アルゴリズム１７によって、適応フィルタ
係数Ｗを適応的に更新する。このようにして流路５１か
ら外部に放射される騒音は能動消音される。

【００３５】補正フィルタ４２のフィルタ係数Ｇ１はマ
イク６から流路５０の同じ位置にマイクを設けたときの
二つのマイクの伝搬特性である。補正フィルタ４４のフ
ィルタ係数Ｇ２はマイク６から流路４９の同じ位置にマ
イクを設けたときの二つのマイクの伝搬特性である。補
正フィルタ４６のフィルタ係数Ｇ１はマイク６から流路
４８の同じ位置にマイクを設けたときの二つのマイクの
伝搬特性である。

【００３６】基準信号ｘとフィルタ係数Ｇ１とは畳み込
み積分され、基準信号ｘ１となり、基準信号ｘ１とフィ
ルタ係数Ｗとが畳み込み積分され、スピーカ４１の入力
信号ｙ１となる。これで、スピーカ４１を駆動すること
によって、流路５０の吐出音は低減される。基準信号ｘ
とフィルタ係数Ｇ２とは畳み込み積分され、基準信号ｘ
２となり、基準信号ｘ２とフィルタ係数Ｗとが畳み込み
積分され、スピーカ４０の入力信号ｙ２となる。これ
で、スピーカ４０を駆動することによって、流路４９の
吐出音は低減される。基準信号ｘとフィルタ係数Ｇ３と
は畳み込み積分され、基準信号ｘ３となり、基準信号ｘ
３とフィルタ係数Ｗとが畳み込み積分され、スピーカ３
９の入力信号ｙ３となる。これで、スピーカ３９を駆動
することによって、流路４８の吐出音は低減される。

【００３７】このように、四つの分割した流路のそれぞ
れで騒音が低減されるので、筐体３４の放射音が低減さ
れる。

【００３８】本実施例では上述のような構成にしたの
で、以下の効果がえられる。

【００３９】騒音源からの情報を得るマイクを４本から
一本に、エラー信号を検出するアラーマイクを４本から
１本に低減でき、これに付随したＡ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ
変換器の数も４分の１に低減できる。即ち、製造コスト
の大幅な低減を図れると共に、部品点数の削減により、
信頼性の向上も図れる。

【００４０】適応アルゴリズムを用いた適応フィルタ係
数の更新演算が４分の１に低減できるので、ＤＳＰの数
を低減できる。など、極めて大きなコスト削減が期待で
きる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、ダクトを通過して外部
に放射される騒音を能動的に消音する装置において、ダ
クトを複数の流路に分割し、それぞれの流路ごとに消音
動作をさせるときに、一つの流路でのみ適応的に消音動
作をするのみで、他の流路は適応制御をする必要が無い
ので、全体の演算量を大幅に低減できる。従って、消音
する周波数範囲を大幅に高くできる。また、周波数範囲
を変えない場合は、ディジタルシグナルプロセッサの数
を低減でき、極めて安価なダクト内消音装置を提供でき
る。さらに、騒音源からの情報を検知するセンサ手段と
してのマイクが分割流路の数に係らず一つで良く、消音
後の音の情報を検知する誤差検知手段としてのエラーマ
イクもまた、一つで良いので、コストを大幅に低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシステムのブロック
図。

【図２】本発明の一実施例の補正フィルタを求める信号
処理のブロック図。

【図３】本発明の他の実施例を示すシステムのブロック
図。

【符号の説明】

１…ダクト、２…仕切板、３…マイク、４…エラーマイ
ク、６，７…スピーカ、１６…適応フィルタ、１８…空
間伝達フィルタ、１９…補正フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関口治茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者渡部眞徳茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダクト内の一部分を複数個の流路に分割
し、それぞれの前記流路内に音を消去する付加音源を配
置した能動消音装置において、前記一つの流路内に騒音
源からの情報を検知するセンサ手段と、消音後の音の情
報を検知する誤差検知手段とを持ち、前記センサ手段の
信号の振幅と位相を変更し、前記誤差検知手段の出力が
最小となるように能動的に求め、前記付加音源の出力に
与える第一のレベル補正手段とを備え、他の付加音源に
は、前記第一のレベル補正手段の出力を補正する第二の
レベル補正手段の出力を与えることを特徴とするダクト
用能動消音装置。