JPH08190389A - 消音用音波発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ エンクロージャの容積を小とし、スピーカを
駆動するための電力を小として装置をコンパクトにする
こと。 ［構成］ ほぼ直方形状のエンクロージャ１１内に密閉
空間１３を形成させ、これに背面側を面させて、スピー
カ１２をエンクロージャ１１の底壁開口に固定させる。
スピーカ１２の駆動部１６には消音信号発生装置２３か
らエンクロージャ１１及びスピーカ１２を含む振動系の
共振周波数が、騒音源２１から発生する騒音の周波数と
ほぼ等しくなるように設計される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は消音用音波発生装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】図４は従来例の消音用音
波発生装置を示すが、図においてほぼ直方形状のエンク
ロージャ１の上壁部には円形の開口を形成させ、音響機
器用のスピーカ２がそのフランジ部４で固定されてい
る。スピーカ２は公知のように構成され、フレームＦ内
に紙コーン５をフランジ部４にリング状のエッジを介し
て振動可能に取り付けられており、またボイスコイルを
含む駆動部６には図示せずとも、これに駆動電流を供給
するための制御回路が接続されている。エンクロージャ
１内には密閉空間３を形成し、これに吸音材（例えばガ
ラスウールでなる）７が充填されている。この吸音材７
は密閉空間３内に定材波が生ずるのを防止するための量
だけ充填されている。

【０００３】図５は従来例による音波発生装置の周波数
−出力音圧特性を示すが、この密閉空間３を形成するエ
ンクロージャ１及びスピーカ２を含む全体の振動系の低
域共振周波数ｆ０ｃ（Ｈｚ）は発生させる消音音波の周
波数に対して充分低くなるように、このエンクロージャ
１は充分な容積を有するものである。すなわち、消音音
波の発生周波数での出力音圧レベルは、図５において右
方で示されるようにフラットな領域においてあり、この
フラット領域を利用するように設計されている。この点
では音響機器の利用の仕方と同じである。

【０００４】エンクロージャ１の実効内容積Ｖｃの算出
は、以下の数式１〜３の手順により行なわれる。

【０００５】

【数１】

【０００６】ｍ０：この振動系の振動体の実効質量
（ｇ）、Ｓ０：この振動系のスチフネス（スピーカのエ
ッジ、ダンパー等、コーンの支持部材によるスチフネ
ス）、もしくは弾性率、Ｓｃ：エンクロージャ１内の空
間のスチフネス（すなわち、吸音材７を含む、空気をば
ねとするスチフネスである）。Ｓ０、Ｓｃは、それぞれ
数式２・・・（２）、（３）で表わされる。

【０００７】

【数２】

【０００８】ここで、ｆ０：スピーカ２の最低共振周波
数（Ｈｚ）、ａ：このスピーカの実効振動半径（ｃ
ｍ）、Ｖｃ：エンクロージャ１の実効内容積（リット
ル）である。上記（１）、（３）式より次式が得られ
る。

【０００９】

【数３】

【００１０】次に、この従来例の音波発生装置について
その作用を説明する。

【００１１】例えば、上記装置において、ａ＝３ｃｍ，
ｍ０＝１．１５ｇ、ｆ０＝１４０Ｈｚである口径８ｃｍ
の小型スピーカ２を用いて、３００Ｈｚの音波を発生さ
せる場合、これと十分離してｆ０ｃ＝２００Ｈｚに設定
すれば、Ｖｃ＝１．２リットルというように設計でき
る。

【００１２】このスピーカ２の駆動装置の設計に際して
は、この音波発生器のインピーダンスは、このスピーカ
２の公称値が用いられる。

【００１３】従来例の音波発生装置は以上のように構成
され、音楽再生などのＨｉ−Ｆｉ用途としては問題はな
いが、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）のため
の音波発生器として見た場合、以下の欠点がある。

【００１４】すなわち、図５で示すように消音音波の発
生周波数と比べると、ｆ０ｃを十分低く設定するために
大きな容積が必要である。次に、出力音圧レベルがフラ
ットな領域（インピーダンスの低い領域）を利用するた
め、大音圧を得るためには大きなエネルギー、すなわち
電流が必要となる。この場合、音波発生手段の駆動手段
であるパワーアンプの駆動能力と、その供給電源の容量
が大きくなる。これによりコストや実装スペースが大き
くなる。

【００１５】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、コストの低いコンパクトな消音用音波
発生装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、背面側
をエンクロージャで形成された密閉空間に向けて、該エ
ンクロージャに取り付けられた音波発生手段の正面側か
ら伝播する発生音波と、騒音源から伝播する騒音波との
干渉により、該騒音波を消去するようにした消音用音波
発生装置において、前記音波発生手段の発生音波の周波
数を前記音波発生手段および前記エンクロージャを含む
振動系の共振周波数とほぼ等しくし、かつ該共振周波数
は前記騒音源の騒音波の基本波の周波数とほぼ等しくな
るように設定されていることを特徴とする消音用音波発
生装置、によって達成される。

【００１７】

【作用】音波発生手段及びエンクロージャを含む振動系
の共振周波数を従来より上昇、すなわち、発生させる音
波の周波数及び騒音源の基本波の周波数に一致させたこ
とにより、出力音圧レベルのピークが大きくなる。すな
わち、消音音波の周波数をほぼこの振動系の共振周波数
に一致させたために、小さなエネルギーで大きな出力音
圧レベルを得ることができる。また、上式から明らかな
ようにエンクロージャの容積を小さくすることができ、
これに吸音材を入れた場合にはさらに容積を小さくする
ことができる。消音すべき騒音波の基本波の周波数は上
記振動系の共振周波数にほぼ等しいので、効率良く騒音
を消音することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例による消音用音波発生
装置について図面を参照して説明する。

【００１９】図１は本発明の実施例による消音用音波発
生装置を示すものであるが、本実施例では、この消音用
音波発生装置Ｑは１次元的に左右に延びるダクト２０に
取り付けられ、このダクト２０の閉塞端側には騒音源２
１が設けられており、これに近接して騒音検出器２２
（これはマイクロフォンであってもよく、また振動検出
器であってもよい）の出力は消音信号発生装置２３に供
給され、これからスピーカ駆動電流がスピーカ１２の駆
動部１６に供給される。スピーカ１２は上記従来例と同
様な構成を有し、このフレームＦのフランジ部１４は、
直方形状のエンクロージャ１１の中心開口の縁部に固定
されており、紙コーンでなる振動板１５はエンクロージ
ャ１１の密閉空間１３に面している。またエンクロージ
ャ１１には吸音材１７が充填されている。

【００２０】騒音源２１は、例えば空調機、コンプレッ
サ、エンジン、振動パーツフィーダなどが考えられる
が、要するに、単一周波数またはその高調波でなる騒音
源に、本実施例は適用される。この騒音源２１の騒音検
出手段２２の出力が、消音信号発生装置２３に供給され
ているが、本実施例ではスピーカ１２、エンクロージャ
１１などでなる振動系の共振周波数ｆ０ｃがスピーカ１
２が発生する消音音波周波数と等しくなるように構成さ
れており、本実施例ではエンクロージャ１１の内容積に
より決定されている。このエンクロージャ１１の内容積
の算出は以下の手順で行なわれる。

【００２１】スピーカ１２の低域共振周波数ｆ０が、発
生する音波の周波数よりも十分に低く、閉塞空間１３が
極めて小容積である場合はＳｃが支配的となり、上記
（１）式は、以下の数式４・・・（５）で近似すること
ができる。

【００２２】

【数４】

【００２３】また上記（３）式、（５）式により、以下
の数式が得られる。

【００２４】

【数５】

【００２５】周波数ｆ０ｃにおける共振尖鋭度Ｑ０ｃ
は、以下の数式６・・・（７）で表わせる。

【００２６】

【数６】

【００２７】ここでＱ０はスピーカ１２単体でのｆ０に
おける共振尖鋭度である。

【００２８】次に図２を参照して消音信号発生装置２３
の詳細について説明する。振動検出器２２のアナログ出
力は増巾器３６により増巾されて、Ａ／Ｄコンバータ３
７に供給され、ここでアナログ値がデジタル値に変換さ
れて、その結果が適応アルゴリズム３９及びアダプティ
ブフィルタ４０に供給される。適応アルゴリズム３９は
実際の騒音環境下では時間的に変化するパラメータ、例
えば大気圧、温度、湿度、音圧及び周波数成分などに応
じてアダプティブフィルタ４０の定数や伝達関数を変化
させる。ダクト２０の開口端近傍に設けたマイク３２で
検出された騒音としての音波と同一レベルであるが疎密
が逆となった音波がマイク３２の位置で得られるような
音波信号が発生する。Ｄ／Ａコンバータ４２ではデジタ
ル入力がアナログ力出力に変換され、これが増巾器４３
で増巾されてスピーカ１２に供給される。これにより騒
音源２１から伝達されていた音波を消音偏差マイク３２
の位置でほゞ零とすることができるが、マイク３２で検
出されたアナログ出力は増巾器４５で増巾され、これが
Ａ／Ｄコンバータ４４によりデジタル値に変換されて上
述の適応アルゴリズム３９に供給され、ここで所定の演
算が行われる。すなわち、マイク３２の位置で零でなけ
ればこれを補正するようにしている。

【００２９】本実施例は以上のように構成されるが、次
にこの作用について説明する。

【００３０】消音信号発生装置２３は騒音検出器２２の
出力を受け、ダクト２０の開口部２０ａにおいて騒音と
振幅が同一で位相が１８０度反転するような消音信号を
発生する。従って、このダクト２０の開口部２０ａにお
いて騒音が低減されることは、従来の消音作用と同じで
ある。

【００３１】本実施例では、例えば、従来例で述べたよ
うに口径８ｃｍの小型スピーカ１２を用いて３００Ｈｚ
の音波を発生させる場合、エンクロージャ１１の容積Ｖ
ｃ＝０．２８リットルが得られる。

【００３２】この系の出力音圧レベルは図３に示される
が、これから明らかなように、この振動系の共振周波数
ｆ０ｃを従来より上昇、すなわち、発生させる音波の周
波数及び騒音源２１の騒音の基本波の周波数と一致させ
たことにより、共振尖鋭度が上昇し、出力音圧レベルが
大きくなる。これは上記（７）式からも理解される。ま
た周波数ｆ０ｃはスピーカ１２のインピーダンスが２倍
以上に上昇するために、流れる電流はそれだけ小とする
ことができる。

【００３３】本実施例は以上のように構成され、周波数
ｆ０ｃが発生する騒音音波の基本波の周波数と等しくな
るようエンクロージャ１１の容積を定めているので、こ
のエンクロージャ１１の容積を従来に比べて、少なくと
も３分の１以下に押えることができる。周波数ｆ０ｃで
は出力音圧レベル、インピーダンスが共に高くこの領域
で使用するため、従来と同じ音圧を得るために必要なエ
ネルギー（電流）は従来に比べて非常に小さくすること
ができる。

【００３４】従って、音波発生手段であるスピーカ１２
の駆動手段であるパワーアンプ（図２における増巾器４
３に対応する）の駆動能力は小さくて済み、このパワー
アンプの供給電源の容量も小さくて済み、すなわち、こ
れらに関するコストや実装スペースを従来と比べ大幅に
小とすることができる。

【００３５】また消音しようとする騒音が高調波を含む
場合、図３で示すように、共振周波数ｆ０ｃより高い周
波数において出力音圧レベルが低下しているが、高調波
の音圧は一般に基本波に比べて小さいから、問題なく適
用することができる。また、この高調波が消音対象にあ
る場合、従来は基本波ｆ０ｃの大きさでダイナミックレ
ンジが支配され、高調波成分のＳ／Ｎ比が悪くなってい
たが、本実施例では、出力音圧特性が図３に示すように
基本波で大きくなっていたため、与える基本波の信号成
分が従来より小さく済む。従って、その分、信号のゲイ
ンを上げることができるため、高調波成分のＳ／Ｎ比が
向上し、その分、高調波成分に関しても十分な消音効果
を得られる。

【００３６】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３７】例えば、以上の実施例では消音用音波発生
装置Ｑはダクト２０に取り付け、この内部に配設された
騒音源２１からの騒音源２１の騒音を消去するように用
いたが、勿論騒音源として振動パーツフィーダを用いて
もよく、この場合には振動パーツフィーダの側周に環状
の音道を形成し、これに消音音波を伝播するように、こ
の振動パーツフィーダの下方のベースブロックの下方に
スピーカを配設するようにしてもよい。図１のダクト２
０は音道の例示にすぎない。

【００３８】また以上の実施例では、吸音材１７をエン
クロージャ１１に充填させるようにしたが、勿論、これ
を省略しても良いが、吸音材１７を用いた方が、より密
閉区空間１３の容積、すなわち、エンクロージャ１１の
容積を小とすることができる。場合によっては、この吸
音材１７の充填量を変えて、この振動系の共振周波数ｆ
０ｃの微調整を行なうようにしてもよい。

【００３９】また以上の実施例では、音波発生手段とし
て、いわゆる音響機器のスピーカ１２を用いたが、これ
に代えてアクチュエータ、例えば圧電素子に電圧を加え
ることにより、これに接続させている振動板を振動させ
て、この振動による音波を用いるようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の消音用音波
発生装置によればエンクロージャの容積を従来に比べ大
幅に小とすることができ、また音波発生手段を駆動する
ための電力を小さくして、これを供給するための供給
源、例えばパワーアンプを小としてコストを大幅に低下
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例による消音用音波発生装
置の断面図である。

【図２】図２は同装置における消音信号発生装置の回線
図である。

【図３】図３は装置の特性を示すチャートである。

【図４】図４は従来例の消音用音波発生装置の断面図で
ある。

【図５】図５は同装置の特性を示すチャートである。

【符合の説明】

１１ エンクロージャ １２ スピーカ １３ 密閉空間 ２１ 騒音源 ２３ 消音信号発生装置 Ｑ 消音用音波発生装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 背面側をエンクロージャで形成された密
   閉空間に向けて、該エンクロージャに取り付けられた音
   波発生手段の正面側から伝播する発生音波と、騒音源か
   ら伝播する騒音波との干渉により、該騒音波を消去する
   ようにした消音用音波発生装置において、前記音波発生
   手段の発生音波の周波数を前記音波発生手段および前記
   エンクロージャを含む振動系の共振周波数とほぼ等しく
   し、かつ該共振周波数は前記騒音源の騒音波の基本波の
   周波数とほぼ等しくなるように設定されていることを特
   徴とする消音用音波発生装置。
2. 【請求項２】 前記音波発生手段はスピーカであり、前
   記密閉空間に吸音材を少なくとも部分的に充填させた請
   求項１に記載の消音用音波発生装置。