JPH09319381A - アクティブ消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消音用の音波発生が長期にわたって確保され
るアクティブ消音装置を提供する。 【解決手段】 騒音源２が上流に存在する管路１に、上
流側から、検出用マイク１０、４つのスピーカ２０ａ〜
２０ｄ、評価用マイク３０を配置した。騒音源２から伝
播してくる一次音波を検出用マイク１０で検出し、コン
トローラ４０により、一次音波と逆位相かつ同一音量の
音をスピーカ２０ａ〜２０ｄのうちの１つから発生さ
せ、さらに、コントローラ４０は、評価用マイク３０で
検出される音が最小となるよう、スピーカ２０ａ〜２０
ｄからの発生音をフィードバック制御する。各スピーカ
２０ａ〜２０ｄによって異なる音の伝達関数をスピーカ
２０ａ〜２０ｄに応じた補正ディジタルフィルタ５０ａ
〜５０ｄで補正し、適正な二次音波をスピーカ２０ａ〜
２０ｄから発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管路内を伝播する
一次音波と逆位相の二次音波を発生することにより、管
路内の騒音を低減させるアクティブ消音装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特公平５−７４８３５号公報に
は、管内の騒音に対し同一の音量かつ逆位相の音を発生
させて、音波干渉により騒音を低減するアクティブ消音
装置が開示されている。この消音装置は、管内に検出マ
イクと、二次音源（スピーカ）と、評価マイクとを上流
から下流に向けて順に配設し、検出マイクで検出した騒
音に基づいて、二次音源から騒音と逆位相の音を発生さ
せ、その結果の騒音レベルを評価マイクで検出する。検
出マイク、二次音源、評価マイクは、制御装置に接続さ
れており、この制御装置は、検出マイクで検出した音に
基づいて、二次音源で発生させるべき音を制御すると同
時に、評価マイクで検出した音に基づいて二次音源の音
をフィードバック制御する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記アクティブ消音装
置においては、二次音源用のスピーカは１つであり、こ
のスピーカが断線等の理由により故障した場合には、当
然騒音は消音されず、交換を要することになる。設置場
所が、クリーンルーム等の清浄で気密性を要求される環
境である場合には、スピーカの交換作業は望ましくな
い。また、終日運転する場合にはそのスピーカにかかる
負担が増大するので故障の頻度が高まり、装置としての
寿命が短くなる。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、消音用の音波発生が長期にわたって確保されるア
クティブ消音装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【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、管路内に音波を発生することにより管路
内の騒音を低減させるアクティブ消音装置であって、管
路内を伝播してくる一次音波を検出する一次音波検出手
段と、この一次音波検出手段の検出に基づいて、一次音
波とほぼ同一の音量かつ逆位相の二次音波を上記管路内
に発生させるための複数の二次音波発生手段と、これら
二次音波発生手段のうちの１つから二次音波を発生させ
る制御手段とを具備することを特徴としている。この構
成の下では、制御手段で選択された二次音波発生手段か
ら管路内に二次音波が発生されて騒音が低減される。こ
の二次音波発生手段が、何らかの原因で故障した場合に
は、二次音波の発生を他の二次音波発生手段に切り換え
る。これによって、故障した二次音波発生手段をすぐに
新たなものに交換する必要がなくなるとともに、二次音
波の発生を長期にわたって確保することができる。ま
た、二次音波を発生する１つの二次音波発生手段を、定
期的に他の二次音波発生手段に切り換える。すると、１
つ１つの二次音波発生手段にかかる負担が軽減し、装置
寿命の長期化が促進される。

【０００６】また、前記制御手段は、二次音波発生手段
からの二次音波の発生状態を検出し、その二次音波発生
手段からの二次音波の発生が停止したら、二次音波の発
生を他の二次音波発生手段に切り換える制御を行うと好
ましい。これによれば、二次音波発生手段の切り換えが
間断なくスムーズに行われ、二次音波発生手段の故障に
よる一時的な騒音の発生が防がれる。

【０００７】また、前記制御手段は、二次音波を発生す
る１つの二次音波発生手段を、定期的に他の二次音波発
生手段に切り換える制御を行うと好ましい。この場合に
は、二次音波発生手段の切り換えが自動的に行われ、１
つ１つの二次音波発生手段にかかる負担を軽減させるた
めの手間が省かれる。

【０００８】また、上記構成において、複数の二次音波
発生手段の下流に、一次音波に二次音波を与えた結果で
ある音波の音量を検出する評価用音波検出手段を設け、
制御手段が、評価用音波検出手段の検出結果を受けて二
次音波発生手段をフィードバック制御すると好ましい。
これによれば、評価用音波検出手段で、二次音波発生手
段から発生した二次音波と一次音波の相殺結果に基づい
て、二次音波発生手段による消音効果をさらに向上させ
ることができる。

【０００９】さらに、前記制御手段は、各二次音波発生
手段と評価用音波検出手段の間の距離に伴う音の伝達関
数を補正し、その補正された伝達関数に基づく二次音波
を各二次音波発生手段から発生させる制御を行うと好ま
しい。二次音波発生手段が複数設けられているというこ
とは、それら二次音波発生手段と評価用音波検出手段の
間の距離は、各二次音波発生手段によって自ずと異なっ
てくるので、両者間の、伝送特性を表す時間遅延を伴っ
た音の伝達関数は各二次音波発生手段ごとに異なる。制
御手段が、その伝達関数を各二次音波発生手段に応じて
補正することにより、適正な音波すなわち消音音波が各
二次音波発生手段から発生される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る消音装置の実施形態を説明する。（１）第１の実施形態 Ａ．第１の実施形態の構成 図１は、第１の実施形態に係るアクティブ消音装置を備
えた管路の断面図である。同図において、符合１は空調
ダクトの管路である。この管路１の図中左側には、換気
用吸引ファンのような騒音源２が存在している。このほ
かに、冷蔵庫、自動車、ヒートポンプなどの様々な設備
に用いられる管路に本発明を応用することが可能であ
る。騒音源２から発生する騒音は、管路１内を図中左か
ら右に伝播していく。ここで、騒音の伝播方向を基準と
し、管路１の左側を「上流側」、右側を「下流側」と定
義する。

【００１１】前記騒音源２の下流側における管路１の途
中に、本実施形態のアクティブ消音装置が設けられてい
る。このアクティブ消音装置は、管路１内に上流側から
伝播してくる騒音源２の騒音を一次音波として検出する
検出用マイク（一次音波検出手段）１０と、一次音波を
低減させる二次音波を管路１内に発生する４つ（第１〜
第４）のスピーカ（二次音波検出手段）２０ａ、２０
ｂ、２０ｃ、２０ｄと、これらスピーカ２０ａ〜２０ｄ
を通過した音波を検出する評価用マイク（評価用音波検
出手段）３０とを備えている。これらは、検出用マイク
１０、スピーカ２０ａ〜２０ｄ、評価用マイク３０の順
で、管路１の上流から下流に向けて適宜な相互間隔をお
いて配置されている。この場合、スピーカは、第１、第
２のスピーカ２０ａ、２０ｂどうしが互いにほぼ対向し
て配置され、この下流側に、第３、第４のスピーカ２０
ｃ、２０ｄが同様に互いにほぼ対向して配置されてい
る。各スピーカ２０ａ〜２０ｄと評価用マイク３０との
間の距離は、スピーカごとに異なっている。

【００１２】検出用マイク１０、各スピーカ２０ａ〜２
０ｄおよび評価用マイク３０は、単一のコントローラ
（制御手段）４０に接続されている。なお、検出用マイ
ク１０としては、スピーカ２０ａ〜２０ｄから発生する
音に影響されずほぼ上流側からの騒音のみを検出するた
め、単一指向性のマイクロフォンを用い、評価用マイク
３０としては、周囲の音波を検出するため、無指向性の
ものを用いるのが好適である。

【００１３】コントローラ４０は、コントロール部４
１、ＦＩＲディジタルフィルタ４２、検出用マイク１０
に対応するＡ／Ｄ変換部１５、各スピーカ２０ａ〜２０
ｄに対応するＤ／Ａ変換部２５、評価用マイク３０に対
応するＡ／Ｄ変換部３５を有している。コントロール部
４１は、制御用の伝達関数（スピーカ２０ａ〜２０ｄと
評価用マイク３０の間の距離に伴う音の伝達関数）パラ
メータを決定する制御回路部４３と、各スピーカ２０ａ
〜２０ｄに対応するフィルタ係数を制御回路部４３に付
与する第１〜第４の補正ディジタルフィルタ５０ａ、５
０ｂ、５０ｃ、５０ｄとから構成されている。制御回路
部４３は、ＬＭＳ（Least Mean Square） 等の制御アル
ゴリズムが用いられる。補正ディジタルフィルタ５０ａ
〜５０ｄは、各スピーカ２０ａ〜２０ｄに応じた伝達関
数パラメータの補正係数を、制御回路部４３の伝達関数
パラメータに付与する。各補正ディジタルフィルタ５０
ａ〜５０ｄは、フィルタ切換スイッチ４５で切り換えら
れる。

【００１４】かかる構成の下、検出用マイク１０の出力
信号は、Ａ／Ｄ変換部１５でディジタル信号に変換され
て、コントロール部４１の補正ディジタルフィルタ５０
ａ〜５０ｄおよびＦＩＲディジタルフィルタ４２に供給
されるようになっている。一方、評価用マイク３０の出
力信号は、Ａ／Ｄ変換部３５でディジタル信号に変換さ
れて、コントロール部４１の制御回路部４３に供給され
るようになっている。

【００１５】制御回路部４３は、供給される評価用マイ
ク３０の検出信号と、補正ディジタルフィルタ５０ａ〜
５０ｄで付与されるフィルタ係数とに基づいて、制御用
の伝達関数パラメータを決定し、この伝達関数パラメー
タをＦＩＲディジタルフィルタ４２に供給する。ＦＩＲ
ディジタルフィルタ４２は、供給された伝達関数パラメ
ータと、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される検出用マイク
１０の検出信号に基づいて駆動信号を作成する。この駆
動信号は、スピーカ切換スイッチ６０で選択されたＤ／
Ａ変換部２５に供給される。そして、Ｄ／Ａ変換部２５
は駆動信号をアナログ変換し、対応するスピーカ２０ａ
〜２０ｄのいずれかに供給する。スピーカ２０ａ〜２０
ｄのいずれかは、駆動信号に基づいて二次音波を管路１
内に発生する。

【００１６】ＦＩＲディジタルフィルタ４２からの駆動
信号を１つのスピーカ２０ａ〜２０ｄに供給するスピー
カ切換スイッチ６０と、補正ディジタルフィルタ５０ａ
〜５０ｄを選択するフィルタ切換スイッチ４５とは、互
いに連動するようになっている。なお、各切換スイッチ
４５、６０においては、２つのうちの一方を手動で作動
させるか、あるいは両方を手動で作動できるように構成
すればよく、いずれにしても、一方の切換スイッチ４５
（６０）を作動すると、他方の切換スイッチ６０（４
５）がそれに対応する構成が望ましい。

【００１７】Ｂ．第１の実施形態の動作・効果 次に、上記アクティブ消音装置の動作を説明する。ま
ず、二次音源を発生させるべき１つのスピーカを、スピ
ーカ切換スイッチ６０で選択する。ここで第１のスピー
カ２０ａを選択したとすると、これに応じて第１の補正
ディジタルフィルタ５０ａが、フィルタ切換スイッチ４
５により自動的に選択される。検出用マイク１０によ
り、管路１内を伝播してくる騒音源２の音波すなわち一
次音波が検出され、その検出信号が、Ａ／Ｄ変換部１５
でディジタル信号に変換されて、ＦＩＲディジタルフィ
ルタ４２とコントロール部４１とに供給される。コント
ロール部４１への検出信号の供給は、第１の補正ディジ
タルフィルタ５０ａを経て制御回路部４３に至ることに
なる。制御回路部４３は、検出用マイク１０の検出信号
に基づいて伝達関数パラメータを決定し、その伝達関数
パラメータをＦＩＲディジタルフィルタ４２に供給す
る。ＦＩＲディジタルフィルタ４２は、伝達関数パラメ
ータと、Ａ／Ｄ変換部１５から供給される検出用マイク
１０の検出信号に基づいて、駆動信号を作成する。

【００１８】今、スピーカ切換スイッチ６０で第１のス
ピーカ２０ａが選択されているとすると、これに対応す
るＤ／Ａ変換部２５から出力された駆動信号が第１のス
ピーカ２０ａに伝達される。これにより第１のスピーカ
２０ａから、一次音波と同一の振幅かつ周波数で逆位相
の二次音波が管路１内に発生される。かかる第１のスピ
ーカ２０ａによる二次音波と、騒音源２による一次音波
とが相殺される結果、管路１内における第１のスピーカ
２０ａよりも下流側では、騒音が大幅に低減される。

【００１９】また、評価用マイク３０は、かかる低減さ
れた騒音に基づく音波を検出し、その検出信号は、Ａ／
Ｄ変換部３５でディジタル信号に変換されてから、制御
回路部４３に供給される。この検出信号と、第１の補正
ディジタルフィルタ５０ａから供給されるスピーカ２０
ａに対応した伝達パラメータの補正係数に基づいて、第
１のスピーカ２０ａによる二次音波の振幅または周波数
を補正すべく、ＦＩＲディジタルフィルタ４２に供給す
る伝達関数パラメータを変化させる。すなわち、制御回
路部４３は、評価用マイク３０の検出信号が常に許容値
未満になるよう制御を行う。このように制御を行うこと
により、伝播してくる騒音をもっとも最小にする二次音
波が第１のスピーカ２０ａから放出され、管路１の下流
側では騒音がきわめて小さくされる。

【００２０】ここで、二次音波を発生している第１のス
ピーカ２０ａが、断線等何らかの原因で故障した場合
（騒音発生でわかる）には、スピーカ切換スイッチ６０
により、二次音波の発生を他のスピーカ２０ｂ〜２０ｄ
のうちの１つに切り換える。すなわち、通常は第１のス
ピーカ２０ａから二次音波を発生させ、他の３つ（第１
〜第３）のスピーカ２０ｂ〜２０ｄを予備とする。ま
た、長期にわたって終日運転を行う場合等には、定期的
に、スピーカ切換スイッチ６０により二次音波を発生す
るスピーカを他のものに切り換えるといった運転方法を
採用してもよい。たとえば、１２時間ごとに、第１のス
ピーカ２０ａ、第２のスピーカ２０ｂ、第３のスピーカ
２０ｃ、第４のスピーカ２０ｄ、第１のスピーカ２０
ａ、…といったように定期的にサイクル運転する。

【００２１】スピーカ２０ａ〜２０ｄが切り換わると、
評価用マイク３０との距離が、それまで二次音波を発生
していたスピーカとは異なり、伝達関数パラメータが変
化する。しかしながら、スピーカ２０ａ〜２０ｄに対応
する補正係数が、選択された補正ディジタルフィルタ５
０ａ〜５０ｄで付与されるので、切り換わったスピーカ
２０ａ〜２０ｄからも適正な二次音波が発生する。

【００２２】上記第１の実施形態の消音装置によれば、
二次音波を発生しているスピーカ２０ａ〜２０ｄのうち
の１つが、断線等何らかの原因で故障した場合には、二
次音波の発生を他のスピーカ２０ａ〜２０ｄに切り換え
ることにより、故障したスピーカ２０ａ〜２０ｄをすぐ
に新たなものに交換する必要がない。したがって、二次
音波の発生を長期にわたって確保することができる。故
障したスピーカ２０ａ〜２０ｄのうちの１つは、騒音源
２の運転が停止されている時間を使って交換すればよ
い。また、二次音波を発生するスピーカ２０ａ〜２０ｄ
を定期的に切り換えていく運転方法を採用すれば、スピ
ーカ２０ａ〜２０ｄへの負担が軽減され、装置寿命の長
期化が促進される。これらにより、例えば、クリーンル
ーム等の清浄で気密性を要求され、スピーカの交換作業
が望ましくない環境等での使用に好適である。

【００２３】（２）第２の実施形態 次に、本発明の第２の実施形態を説明する。Ａ．第２の実施形態の構成・動作 図２は、第２の実施形態のアクティブ消音装置を示して
いる。このアクティブ消音装置は、図１の第１の実施形
態と基本構成を同じくするもので、新たにスイッチ制御
部６５が付加されている。このスイッチ制御部６５は、
スピーカ切換スイッチ６０とフィルタ切換スイッチ４５
を連動して切り換える。また、このスイッチ制御部６５
には、各スピーカ２０ａ〜２０ｄと各Ｄ／Ａ変換器２５
との間の通電状態を検出する検出信号が供給されるよう
になっている。このスイッチ制御部６５は、スピーカ２
０ａ〜２０ｄから二次音波が発生されていることを通電
状態か否かによって検出する。ここで、第１のスピーカ
２０ａから二次音波が発生していたとし、この第１のス
ピーカ２０ａとＤ／Ａ変換部２５との間が通電状態でな
くなったら、第１のスピーカ２０ａが故障したと判断
し、スピーカ切換スイッチ６０を作動させて他のスピー
カ２０ｂ〜２０ｄのうちの１つから二次音源を発生させ
る。

【００２４】Ｂ．第２の実施形態の効果 上記第２の実施形態によれば、二次音波を発生している
スピーカ２０ａ〜２０ｄが故障しても、他のスピーカ２
０ａ〜２０ｄへの切り換えがスイッチ制御部６５により
間断なくスムーズに行われ、スピーカ２０ａ〜２０ｄの
故障による一時的な騒音の発生が防がれる。

【００２５】なお、上記第２の実施形態のスイッチ制御
部６５にタイマを設け、上述したスピーカ２０ａ〜２０
ｄの定期的な切り換え運転を、スイッチ制御部６５がタ
イマに基づいて行うよう構成してもよい。これによって
スピーカ２０ａ〜２０ｄの切り換えが自動的に行われ、
１つ１つのスピーカ２０ａ〜２０ｄにかかる負担を軽減
させるための手間が省かれる。

【００２６】（３）本発明の変形例 上記各実施形態は本発明に基づく実施形態であり、本発
明はこれらに限定されるものではなく、例えば、次のよ
うな変形が可能である。 補正ディジタルフィルタ５０ａ〜５０ｄに代えて、ス
ピーカ２０ａ〜２０ｄを切り換えたときに、新しく使用
するスピーカ２０ａ〜２０ｄと評価用マイク３０との間
の距離に基づく伝達関数を演算し、それを補正データと
して用いるようにしてもよい。 また、コントロール部４１に各スピーカ２０ａ〜２０
ｄに対応する補正パラメータが記憶されたメモリを設
け、このメモリから伝達関数を定めるようにしてもよ
い。 管路１の内面にグラスウール等の吸音材を張り、消音
効果を高める。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
騒音源の一次音波に二次音波をあて、音波の相殺作用で
騒音を低減させるアクティブ消音装置において、複数の
二次音波発生手段のうちの１つから二次音波を発生させ
る構成としたので、二次音波を発生している二次音波発
生手段が故障してもすぐに交換する必要がなくなるとと
もに、二次音波発生手段にかかる負担が軽減して装置寿
命が長期化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係るアクティブ消
音装置を備えた管路１を示す断面図である。

【図２】 本発明の第２の実施形態に係るアクティブ消
音装置を備えた管路１を示す断面図である。

【符号の説明】

１…管路、１０…検出用マイク（一次音波検出手段）、
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…スピーカ（二次音波
発生手段）、３０…評価用マイク（評価用音波検出手
段）、４０…コントローラ（制御手段）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｈ 21/00 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｂ (72)発明者 清水 寧 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 本地 由和 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 岸永 伸二 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管路内に音波を発生することにより前記
   管路内の騒音を低減させるアクティブ消音装置であっ
   て、 前記管路内を伝播してくる一次音波を検出する一次音波
   検出手段と、 この一次音波検出手段の検出に基づいて、前記一次音波
   とほぼ同一の音量かつ逆位相の二次音波を前記管路内に
   発生させるための複数の二次音波発生手段と、 これら二次音波発生手段のうちの１つから、前記二次音
   波を発生させる制御手段とを具備することを特徴とする
   アクティブ消音装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記二次音波発生手段
   からの前記二次音波の発生状態を検出し、その二次音波
   発生手段からの二次音波の発生が停止したら、二次音波
   の発生を他の二次音波発生手段に切り換えることを特徴
   とする請求項１に記載のアクティブ消音装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記二次音波を発生す
   る前記１つの二次音波発生手段を、定期的に他の二次音
   波発生手段に切り換えることを特徴とする請求項１また
   は２に記載のアクティブ消音装置。
4. 【請求項４】 前記複数の二次音波発生手段の下流に、
   前記一次音波に前記二次音波を与えた結果である音波の
   音量を検出する評価用音波検出手段を設け、前記制御手
   段は、前記評価用音波検出手段の検出結果を受けて前記
   二次音波発生手段をフィードバック制御することを特徴
   とする請求項１ないし３に記載のアクティブ消音装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、各前記二次音波発生手
   段と前記評価用音波検出手段の間の距離に伴う音の伝達
   関数を補正し、その補正された伝達関数に基づく二次音
   波を各二次音波発生手段から発生させることを特徴とす
   る請求項４に記載のアクティブ消音装置。