JPH10171467A - 電気機器の消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人間の聴感特性をもたせた消音信号により高
域周波数の音に対して消音効果を上げる電気機器の消音
装置を提供する。 【解決手段】 騒音信号ｘは信号分割器１５で分割され
て、一方はディジタルアダプティブフィルタ１６に入力
され、他方の騒音信号ｘは伝達フィルタ１７を経て最小
二乗演算部（ＬＭＳ）１８に供給される。加算器２０か
らの誤差信号ｅはＡ特性フィルタ１９を介して所望の周
波数に重み付けを行ない、人間の聴感領域を補正して最
小二乗演算部（ＬＭＳ）１８に供給される。最小二乗演
算部（ＬＭＳ）１８では、誤差信号ｅのエネルギーが最
小となるように周知な適応制御により、最小二乗平均ア
ルゴリズムを用いてディジタルアダプティブフィルタ１
６の常数を求めて逐次更新する。こうして決定されたデ
ィジタルアダプティブフィルタ１６を騒音信号が入力さ
れるフィルタとして用いて消音信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機あるい
は冷凍装置の送風ファンの騒音等の電気機器の消音装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】騒音を発生する電気機器の一例である空
気調和機（エアコン）の消音装置としては、静寂な室内
環境が要求される劇場、会議場等では空調騒音を防止す
るため、空調ダクト系の各所に消音チャンバ、吸音ダク
トなどのパッシブ型の消音器が配置されている。しか
し、これらのパッシブ型消音器は、低周波数域の減音
量、圧力損出、気流音の発生、設置スペース等の点で改
善が望まれていた。

【０００３】そこでこれらを解決するための新たな手段
として、騒音に対して同振幅・逆位相の付加音を放射
し、音波の干渉効果により騒音を低減するアクティブノ
イズコントローラがある。

【０００４】これらの代表的な一例として図５に示すも
のがある。図５において、２１は調和空気の吐出口へつ
ながる空調ダクトであり、調和空気が送出される。２２
は音源からの発生騒音を検出するマイクロホン、２３は
制御音を発生するスピーカであり、音源からの発声音を
打ち消すための音を出力する。２４は誤差を検出する消
音マイクロホン、２５はマイクロホン２２で検出される
騒音信号の信号分割器、２６は騒音信号を処理して制御
音発生用の信号を作成するディジタルアダプティブフィ
ルタ（ＤＡＦ）、２７は前記信号分割器の騒音信号の出
力に消音スピーカ２３〜消音マイクロホン２４間の伝達
関数特性を重畳し、スピーカ特性を補正する伝達フィル
タ、２８は伝達関数フィルタ２７の出力及び消音マイク
ロホン２４からの信号を基にディジタルアダプティブフ
ィルタ２６の係数を調整する最小二乗演算部（ＬＭＳ）
である。

【０００５】尚、マイクロホン２３、２４の検出出力は
ローパスフィルタ及びアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）
変換された後処理され、スピーカへの出力はＤＡＦから
のディジタル出力をディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変
換した後ローパスフィルタを介して行われる。

【０００６】このような構成の消音装置の基本的な動作
は、ディジタルアダプティブフィルタ２６の入力（騒音
検出用マイクロホン２２からの信号）Ｘと消音マイクロ
ホン２４の出力（誤差信号）ｅの情報からｅのエネルギ
ーが最小となるように適応制御により、ディジタルアダ
プティブフィルタ２６の係数を、最小二乗演算部（ＬＭ
Ｓ）２８で求めて、逐次更新するものである。

【０００７】上記の手法を空気調和機に搭載する場合、
ダクトを用いた空気調和機では騒音源と消音マイクロホ
ンとの間の距離が比較的あるのでディジタルアダプティ
ブフィルタの係数を、最小二乗演算部（ＬＭＳ）で求め
て逐次更新するにしても時間的に可能であったが、ダク
トを用いない分離型の空気調和機ではダクトに相当する
ものの距離が１０ｃｍ程度と短く、この距離内で消音を
行わなければならない。しかもほぼリアルタイムに最小
二乗演算部（ＬＭＳ）でディジタルアダプティブフィル
タの係数を決定する必要がある。そこでマイコンに比し
て高速並列処理できるデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）
が採用されるが、単体では処理能力には限界があるの
で、複数個のＤＳＰを必要とした。

【０００８】また、他の例として、消音マイクロホンの
誤差信号のみを入力信号とし、それに消音スピーカから
消音マイクロホンに至るハウリング特性の補償を施した
信号を参照信号としてアダプティブフィルタの係数を、
最小二乗演算部（ＬＭＳ）で求めてフィードバック制御
を行なうものもある。しかしこのようなタイプの消音装
置でも、装置を構成するＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、
デジタル信号処理装置等の処理時間に遅延時間が生じ、
最適なフィルタの係数を得ることができず、ランダムな
騒音に対しては消音できなかった。

【０００９】これらの問題を解決するために本出願人
は、図１に示すような、電気機器の一例である、空気調
和機の室内ユニットに適用した消音装置の基本構成のも
のを既に提案しているのでその概要を説明する。１は空
気調和機の代表的に示した騒音源であり、２は騒音検出
用マイクロホン、３は消音のための制御音を発生する消
音スピーカ、４は消音マイクロホン、５はアナログ又は
ディジタルのフィルタ、騒音検出用マイクロホン２は騒
音源１の近傍に、消音マイクロホン４は消音スピーカ３
の近傍に配置される。

【００１０】次に、フィルタ５の特性を決定する常数を
求めるための手法について図４を参照して説明する。図
４において、４２は騒音検出用マイクロホン、４３は制
御音を発生する消音スピーカ、４４はスピーカの消音信
号を検出する消音マイクロホン、４５はマイクロホン４
２で検出される騒音信号の信号分割器、４６は騒音信号
を処理して制御音発生用の信号を作成するディジタルア
ダプティブフィルタ（ＤＡＦ）、４７は前記信号分割器
の騒音信号の出力に消音スピーカ４３〜消音マイクロホ
ン４４間の伝達関数特性を重畳し、スピーカ特性を補正
する伝達フィルタ、４８は伝達関数フィルタ４７の出力
及び騒音検出用マイクロホン４２の信号と消音マイクロ
ホン４４からの信号の誤差信号を基にディジタルアダプ
ティブフィルタ４６の係数を調整する最小二乗演算部
（ＬＭＳ）、４９は信号加算器である。

【００１１】このような構成の消音装置の基本的な動作
は、ディジタルアダプティブフィルタ４６の入力（騒音
検出用マイクロホン４２からの信号）ｘと消音マイクロ
ホン４４の出力ｙ（−ｘ）の情報から得られる誤差信号
ｅのエネルギーが最小となるように周知な適応制御によ
り、最小二乗演算部（ＬＭＳ）４８で最小二乗平均アル
ゴリズムを用いてディジタルアダプティブフィルタ４６
の係数を求めて逐次更新する。その結果、騒音信号と同
振幅・逆位相になる消音信号が得られるものである。

【００１２】騒音信号の主たるものが送風ファンの回転
数に依存するものならば、まず、空気調和機の送風ファ
ンの回転数を運転範囲の最低値から最高値までの間を複
数レンジに分割し、それぞれのレンジで送風ファンを回
転させる。その時の騒音源１の騒音ｘを騒音検出用マイ
クロホン４２で検出し、騒音信号は、一方ではディジタ
ルアダプティブフィルタ４６に入力し、他方では伝達フ
ィルタ４７に入力され消音スピーカ４３〜消音マイクロ
ホン４４間の伝達関数特性を重畳された後、最小二乗演
算部（ＬＭＳ）４８の一方の入力端子に供給される。ま
た、最小二乗演算部（ＬＭＳ）４８の他方の入力端子に
は、消音マイクロホン４４からのスピーカ４３の消音信
号ｙ（−ｘ）が供給される。

【００１３】最小二乗演算部（ＬＭＳ）４８では、これ
らの情報ｘ，ｙから得られる誤差信号ｅのエネルギーが
最小となるように適応制御により、ディジタルアダプテ
ィブフィルタ４６の係数を最小二乗平均アルゴリズムを
用いて求める。。

【００１４】このように、順次に送風ファンの回転数の
各レンジについて適正なフィルタ常数を求め、制御用マ
イコン（図示せず）の記憶部にテーブルとして記憶格納
しておくか、あるいはそれぞれのフィルタ常数からなる
複数のフィルタを用意する。

【００１５】再び図１に戻って説明する。空気調和機の
代表的に示した騒音源１からの騒音は騒音検出用マイク
ロホン２で検出され、現時点での送風ファンの回転数に
対応した適正なフィルタ常数を記憶部のテーブルから選
択し、常数を設定して特性を変化させられたアナログあ
るいはディジタルのフィルタ５、あるいは異なるフィル
タ常数からなる複数のフィルタのうちから現時点での送
風ファンの回転数のレンジに対応して選択された適正な
フィルタ５を介して次段の増幅器６を介して消音スピー
カ３に音声信号として出力する。そして、消音スピーカ
３は騒音源の騒音に対応して消音を行なう制御音を発生
する。ここで、フィルタはアナログタイプでもディジタ
ルタイプでも良い。

【００１６】このように構成された消音装置はそれなり
の効果を発揮するものであるが、高周波域での消音を達
成するためには消音スピーカに厳しい条件が求められ、
広い周波数範囲に対してゲイン及び位相が一定となるよ
うな理想的な遅延特性のスピーカが必要とされた。

【００１７】そこでこれらの対応策として本出願人は、
空気調和機の室内ユニットに消音装置を適用したものを
既に提案している。図３はそのような消音装置の基本構
成を示すブロック図であり、３１は空気調和機の代表的
に示した騒音源であり、３２は騒音検出用マイクロホ
ン、３３は消音のための制御音を発生する消音スピー
カ、３４は消音マイクロホン、３５はフィルタである。
ここで、騒音検出用マイクロホン３２は騒音源３１の近
傍に、消音マイクロホン３４は消音スピーカ３３の近傍
に配置される。このように消音スピーカを騒音源よりも
前に配置したところが相違するのみであり、それ以外は
図１に示す構成と同じである。フィルタ３５の特性を決
定する常数を求めるための手法についても、上記のよう
に図４を参照して述べたように、同じ手法であるのでこ
こでは説明を省略する。

【００１８】この技術は、図３において、騒音検出用マ
イクロホン３２で騒音を検出して、消音スピーカ３３で
音を発生させ、その音が消音マイクロホン３４に到達す
るまでの遅延時間を考慮して、消音スピーカ３３を騒音
源３１よりも距離ｌだけ被験者側前方に出して配置した
ことにより、音の伝達速度は一定であるから、被験者の
聴覚にとって、スピーカの位相特性が周波数軸上の高い
周波数のところで従前のものに比して進めることがで
き、位相特性の遅れが補償される程度が大きくなること
を利用するものである。

【００１９】そして、空気調和機の代表的に示した騒音
源３１からの騒音は騒音検出用マイクロホン３２で検出
され、現時点での騒音源の騒音信号に対応した適正なフ
ィルタ常数を記憶部（図示せず）のテーブルから選択
し、常数を設定して特性を変化させられた、あるいは異
なるフィルタ常数からなる複数のフィルタのうちから現
時点での騒音源の騒音信号に対応して選択されたフィル
タ３５を介して次段の増幅器３６を介して騒音源１より
も距離ｌだけ被験者側前方に出して配置した消音スピー
カ３に音声信号として出力する。

【００２０】しかし、このような消音装置では、高周波
域での消音と共に広い範囲の消音を達成できるが、設置
が面倒であり、また、騒音検出用マイクロホン３２と消
音スピーカ３３及び消音マイクロホン３４との距離が生
じて空気調和機の室内機の前面に場所をとり小型化の阻
害要因の一つであった。そして、人間の聴感は数百Ｈｚ
の低域周波数よりも数キロＨｚの高域周波数の音に対し
て敏感であるので、その領域の消音を重点的に行なう方
が効率的である。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、この
ようなユニット型の空気調和機のような電気機器に搭載
する消音装置において、騒音信号が入力されるフィルタ
は騒音信号と消音信号との誤差信号を人間の聴感特性の
重み付けフィルタを介して得られた信号と騒音信号とが
逆位相になるように演算されたフィルタ常数を有するこ
とにより、人間の聴感特性を考慮し、最も消音効果のあ
る周波数に最大ピークをもつフィルタを挿入することに
より高域周波数の音に対して聴覚上の消音効果を上げる
電気機器の消音装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
電気機器の消音装置は、電気機器の騒音源の近傍に配置
され騒音信号を検出する手段と、騒音信号が入力される
フィルタと、このフィルタの出力信号を印加される消音
スピーカと、消音スピーカの近傍に配置され消音信号を
検出する手段とからなる電気機器の消音装置において、
前記フィルタは騒音信号を基に騒音信号と消音信号との
誤差信号を人間の聴感特性の重み付けフィルタを介して
得られた信号が最小となるように演算されたフィルタ常
数を有してなり、現時点での騒音信号に対応したフィル
タ常数を選択するようにしたことにより達成される。

【００２３】こうして、フィルタは騒音信号を基に騒音
信号と消音信号との誤差信号を人間の聴感特性の重み付
けフィルタを介して得られた信号が最小になるように演
算されたフィルタ常数を有することにより、人間の聴感
特性を考慮し、最も消音効果のある周波数に最大ピーク
をもつフィルタを挿入することにより高域周波数の音に
対して聴覚上の消音効果を上げることができる。

【００２４】本発明の請求項２に係る電気機器の消音装
置は、電気機器の騒音源の近傍に配置され騒音信号を検
出する手段と、騒音信号が入力されるフィルタと、この
フィルタの出力信号を印加される消音スピーカと、消音
スピーカの近傍に配置され消音信号を検出する手段とか
らなる電気機器の消音装置において、前記フィルタは騒
音信号を基に騒音信号と消音信号との誤差信号を人間の
聴感特性の重み付けフィルタを介して得られた信号が最
小となるように、フィルタ常数をデジタル信号処理装置
により最小二乗平均アルゴリズムを用いて演算されたフ
ィルタ常数を有してなり、現時点での騒音信号に対応し
たフィルタ常数を選択するようにしたことにより達成さ
れる。

【００２５】こうして、フィルタは騒音信号を基に騒音
信号と消音信号との誤差信号を人間の聴感特性の重み付
けフィルタを介して得られた信号が最小となるように、
フィルタ常数をデジタル信号処理装置により最小二乗平
均アルゴリズムを用いて演算して求めるので、正確な消
音信号が得られ、人間の聴感特性を考慮し、最も消音効
果のある周波数に最大ピークをもつフィルタを挿入する
ことにより高域周波数の音に対して聴覚上の消音効果を
上げることができる。

【００２６】本発明の請求項３に係る電気機器の消音装
置は、上記請求項１又は請求項２の構成の消音装置を空
気調和機あるいは冷凍装置に適用することにより達成さ
れる。

【００２７】こうして、空気調和機あるいは冷凍装置に
おいて、フィルタは騒音信号を基に騒音信号と消音信号
との誤差信号を人間の聴感特性の重み付けフィルタを介
して得られた信号が最小になるように演算されたフィル
タ常数を有することにより、人間の聴感特性を考慮し、
最も消音効果のある周波数に最大ピークをもつフィルタ
を挿入することにより高域周波数の音に対して聴覚上の
消音効果を上げることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明が対象とする一実施例であ
る空気調和機は、屋外に設置される室外ユニット、及び
屋内に設置される室内ユニットとから構成され、これら
両ユニット間は冷媒配管と信号線とで接続されている、
所謂セパレートタイプであっても、また一体型のもので
あってもよい。

【００２９】この実施例の消音装置の基本構成は、本出
願人が既に提案している消音装置として上記説明したタ
イプの消音装置と同様に、そのブロック図は図１に示す
ものであり、１は空気調和機の代表的に示した騒音源で
あり、２は騒音検出用マイクロホン、３は消音のための
制御音を発生する消音スピーカ、４は消音マイクロホ
ン、５はフィルタである。ここで、騒音検出用マイクロ
ホン２は騒音源１の近傍に、消音マイクロホン４は消音
スピーカ３の近傍に配置される。

【００３０】本発明の実施例の動作は次の通りである。
空気調和機の代表的に示した騒音源１からの騒音は騒音
検出用マイクロホン２で騒音信号ｘとして検出され、ア
ナログフィルタ５を介して増幅器６で増幅されて、騒音
信号と消音マイクロホン４の消音信号ｙとが同振幅・逆
位相（−ｘ）になるように、消音スピーカ３に供給され
る。

【００３１】しかし、人間の聴覚は数百Ｈｚの低域周波
数よりも数キロＨｚの高域周波数の音に対して敏感であ
るので、このままでは人間の聴覚に対する消音効果を上
げることができない。そこで本発明のフィルタ常数の演
算を図２に示すようなブロック構成により行なうもので
ある。

【００３２】図２において、１２は騒音信号ｘを検出す
る騒音検出用マイクロホン、１３は制御音を発生する消
音スピーカ、１４は消音マイクロホン、２０は消音マイ
クロホン１４が検出する消音信号ｙと騒音信号ｘとを加
算して誤差信号ｅが得られる加算器、１５はマイクロホ
ン１２で検出される騒音信号ｘの信号分割器、１６は騒
音信号を処理して制御音発生用の信号を作成するディジ
タルアダプティブフィルタ（ＤＡＦ）、１７は前記信号
分割器の騒音信号の出力に消音スピーカ〜消音マイクロ
ホン間の伝達関数特性を重畳し、スピーカ特性を補正す
る伝達フィルタ、１８は伝達関数フィルタ１７の出力及
び騒音マイクロホン１２からの信号と消音マイクロホン
１４からの信号の誤差信号を基にディジタルアダプティ
ブフィルタ１６の係数を調整する最小二乗演算部（ＬＭ
Ｓ）、１９は本発明の特徴とするものであって、人間の
聴覚特性（Ａ特性）と同じ特性を有するＡ特性フィルタ
である。

【００３３】このような構成でのフィルタ常数を決定す
る基本的な動作を次に説明する。騒音信号ｘは信号分割
器１５で分割されて、一方はディジタルアダプティブフ
ィルタ１６に入力され、他方の騒音信号ｘは伝達フィル
タ１７を経て最小二乗演算部（ＬＭＳ）１８に供給され
る。加算器２０からの誤差信号ｘ＋ｙはＡ特性フィルタ
１９を介して所望の周波数に重み付けを行ない、人間の
聴感領域を補正して最小二乗演算部（ＬＭＳ）１８に供
給される。

【００３４】最小二乗演算部（ＬＭＳ）１８では、誤差
信号ｅのエネルギーが最小となるように周知な適応制御
により、最小二乗平均アルゴリズムを用いてディジタル
アダプティブフィルタ１６の常数を求めて逐次更新す
る。こうして決定されたディジタルアダプティブフィル
タ１６をフィルタ５として用いる。この結果、図１にお
いて、増幅器６で増幅されて消音スピーカ３に供給さ
れ、消音スピーカ３の出力にＡ特性を持たせたることが
できるので、騒音信号と同振幅・逆位相になる高域周波
数が補正された消音信号が得られるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の電気機器の消音
装置は、騒音信号が入力されるフィルタは騒音信号を基
に騒音信号と消音信号との誤差信号を人間の聴感特性の
重み付けフィルタを介して得られた信号が最小となるよ
うに演算されたフィルタ常数を有することにより、人間
の聴感特性をもたせて高域周波数の音に対して消音効果
を向上させ、装置の小型化も図ることができる。

【００３６】また、ディジタルアダプティブフィルタフ
ィルタを用い、フィルタ常数をデジタル信号処理装置に
より最小二乗平均アルゴリズムを用いて演算して求める
ので消音信号が正確に求めることができて消音もリアル
タイムで制御できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用例である空気調和機の消音装置の
基本構成。

【図２】本発明のフィルタ特性決定のブロック図。

【図３】従前の空気調和機の消音装置の基本構成。

【図４】従前の消音装置のフィルタ特性決定のブロック
図。

【図５】従来のダクトタイプの消音装置。

【符号の説明】

１，３１ 空気調和機の騒音源 ２，１２，２２，３２，４２ 騒音検出用マイクロホン ３，１３，２３，３３，４３ 消音スピーカ ４，３４，４４ 消音マイクロホン ５，３５ フィルタ ６，３６ 増幅器 １５，４５ 加算器 ２０，４９ 加算器（誤差信号） １５，２５，４５ 信号分割器 １６，２６，４６ ディジタルアダプティブ
フィルタ（ＤＡＦ） １７，２７，４７ 伝達フィルタ １８，２８，４８ 最小二乗演算部（ＬＭ
Ｓ） ２１ 空調ダクト ２４ 誤差マイクロホン

フロントページの続き (72)発明者 山中 誠 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 川野 聖史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 杉下 正蔵 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機器の騒音源の近傍に配置され騒音
   信号を検出する手段と、騒音信号が入力されるフィルタ
   と、このフィルタの出力信号を印加される消音スピーカ
   と、消音スピーカの近傍に配置され消音信号を検出する
   手段とからなる電気機器の消音装置において、前記フィ
   ルタは騒音信号を基に騒音信号と消音信号との誤差信号
   を人間の聴感特性の重み付けフィルタを介して得られた
   信号が最小となるように演算されたフィルタ常数を有し
   てなり、現時点での騒音信号に対応したフィルタ常数を
   選択するようにしたことを特徴とする電気機器の消音装
   置。
2. 【請求項２】 前記フィルタのフィルタ常数をデジタル
   信号処理装置により最小二乗平均アルゴリズムを用いて
   求めることを特徴とする請求項１に記載の電気機器の消
   音装置。
3. 【請求項３】 電気機器としての空気調和機あるいは冷
   凍装置に適用することを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載の電気機器の消音装置。