JP3544999B2 - 消音装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は空気調和機等のダクトを伝って室内に入り込む騒音をこれと逆相の付加音で打ち消す消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に騒音の低減方法の一つとして、吸音材や防振材を用いて騒音を制御する受動型騒音制御法がある。この方法は駆動源やその周辺または騒音伝播経路に吸音材や防振材を設置して騒音を制御するもので、制御する周波数によって材料の質、大きさ及び形を変える必要があり、特に低周波騒音の制御を行うにはシステムが大きくなるという欠点があった。
【０００３】
一方近年、騒音の制御法としてデジタル信号処理を用いた能動型騒音制御システムが提案され、一部商品化も行われている。図５はこの騒音制御システムの一例を示す構成図であり、１０１は騒音源（例えば換気扇）、１０２は騒音検出用マイクロフォン、１０３は消音用スピーカ、１０４はエラー検出用マイクロフォン、１０５は前記騒音検出用マイクロフォン１０２による検出信号からこの騒音を打ち消す逆相の付加音を作る可変係数ＦＩＲ（Ｆａｓｔ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、１０６は前記フィルタ１０５の係数を算出する可変係数演算部である。
【０００４】
係る従来の制御法に於て騒音源１０１が発生する騒音信号を騒音検出用マイクロフォン１０２で検出し、この信号を基に検出用マイクロフォン１０４が設置されている制御点位置において当該騒音と同振幅且つ逆位相の信号を作り出す際、前記騒音信号を可変係数フィルタ１０５でフィルタ処理し、処理後の信号によってスピーカ１０３を駆動し、このスピーカ１０３から消去音を付加的に発生させる。 この発生された消去音と騒音とが制御点で互いに干渉し合い、結果的に騒音が低減される。そしてこの干渉音をさらにエラー検出用マイクロフォン１０４で検出し、検出された信号をエラー信号としてこの信号が最小となるように前記可変係数演算部１０６で係数更新アルゴリズムによって新たなフィルタ係数を算出する。
【０００５】
ここでの係数更新アルゴリズムは一般的にはＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳ が多く用いられている。これはフィルタ係数を次の数３に基づいて時々刻々と更新していくものである。
【０００６】
【数３】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて上記従来の構成において、広帯域に亙る周波数の騒音を制御しようとする場合、あるいは精度良く騒音を制御したい場合は、可変係数フィルタの次数を大きくしたり、あるいはある程度制御する騒音の周波数領域を制限する必要が生じるという欠点があった。
【０００８】
また信号処理部を低域部と高域部とに帯域分割し処理を行う場合、適応処理部が複数個必要になり、これにともなって処理量が増大して、ハードウェアの規模が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、係る従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、少ない演算処理量で広帯域の騒音を精度良く制御することのできる消音装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、騒音検出用マイクロフォンと、エラー検出用マイクロフォンと、該エラー検出用マイクロフォンによる検出信号に該検出信号と前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号とのコヒーレンスを基に算出された重み係数をかけてエラー検出用マイクロフォンによる検出信号を調整する重み付けフィルタと、前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号を基にして騒音を打ち消す信号を作る可変係数フィルタと、前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号と前記重み付けフィルタからの出力とにより前記可変係数フィルタの係数を算出する可変係数演算部と、前記可変係数フィルタからの出力信号に基づき騒音を打ち消す音を出すスピーカと、から成り、前記重み付けフィルタは、前記スピーカ停止時における測定結果から予め求められた下記数５を満足する制御効果Ｒ(ω)と同じ特性を有するフィルタで構成されている。
【数４】
【数５】
【００１１】
【作用】
一般的に騒音の能動制御における効果は、騒音信号と制御点における騒音信号とのコヒーレンスと関係が深いことが知られている。ここで言うコヒーレンスとは、２つの信号に含まれる周波数成分の関連性の強さを示す量であり、上記数４より求められる。
【００１３】
この数４を見ると騒音検出信号と制御点における騒音信号とのコヒーレンスが大きければ、両信号の周波数成分の関連性は強く、且つ騒音の制御効果が大きいといえる。したがってこのコヒーレンスを用いて理想的な制御効果を上記数５により導くことができる。
【００１５】
上記本発明の構成はこの理論に基づいて制御効果を上げようとするもので、コヒーレンスをあらかじめ測定し、この測定結果から理想的な制御効果Ｒ（ω）を算出する。そして前記Ｒ（ω）と同じ特性を有するフィルタを設計し、このフィルタを制御点に設けたエラー検出用マイクロフォンの近傍に設けた重み付けフィルタとして重み付け処理を行うようにする。このようにしてコヒーレンスが小さく制御効果の少ない周波数帯域の信号には重みを少なくする等の操作を行い、重み付けにより、制御に不必要な信号を低減させて効率よく能動制御を行い、広帯域の騒音を精度良く制御することが可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明消音装置をその一実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は消音装置のシステム構成図を示し、１は空気調和機用ダクト、２は騒音発生源としてのファン、３はこのファン２の近傍に設けられて騒音２１を検出する騒音検出用マイクロフォン、４はダクト１内の制御点の近傍に設けられて騒音を打ち消す付加音４１を発するスピーカ、５は前記騒音２１に付加音４１が重畳されたのちの音を検出するエラー検出用マイクロフォン、６は前記騒音検出用マイクロフォンの検出信号をフィルタ操作して前記スピーカ４を駆動する駆動信号を作る可変係数フィルタ、７は前記エラー検出用マイクロフォン５によって得られた信号に重み付けを行う重み付けフィルタ、８は前記騒音検出用マイクロフォン３からの検出信号及び重み付けフィルタからの出力により前記可変係数フィルタ６の係数を調整する可変係数演算部である。
【００１８】
斯かる構成において、ファン３の回転によって生じた騒音はダクト１を通ってダクト１の開口部１１に伝播される。
【００１９】
まず重み付けフィルタ７の係数を算出する。これはファン３の近傍の騒音検出用マイクロフォン３の検出信号と、ダクト１の開口部１１近傍のエラー検出用マイクロフォン５の検出信号を用いて前記数４によりコヒーレンスを測定し、この測定結果を用いて前記数５により理想消音量を算出する。
【００２０】
図２は本実施例で測定したコヒーレンスより算出した理想消音量の周波数による変化を示す図である。この図から本実施例においては、従来の方法によれば周波数の低域及び高域で理想消音量の値が小さく、消音による制御効果が薄いことがわかる。
【００２１】
図３は前記図２で示された理想消音量のデータを用いて適当な窓関数によるデータ補正を行い、重み付け係数を設定した重み付けフィルタ７のインパルス応答を示す特性図である。
【００２２】
以上のようにしてあらかじめ重み付けフィルタ７の重み係数を設定しておいてから実際の能動制御の動作を行った。すなわちファン２の発する騒音を騒音検出用マイクロフォン３により検出し、この検出信号を可変係数フィルタ６に入力して処理を行い、該フィルタ６からの制御信号によってスピーカ４を駆動する。
【００２３】
一方エラー検出用マクロフォン５で検出されたエラー信号を前述のようにしてあらかじめ測定で得られたコヒーレンスから導いたフィルタ係数を有する重み付けフィルタ７で重み付けし、この重み付けられたエラー信号と前記騒音信号により可変係数演算部８でのエラー信号が最小になるように適応制御アルゴリズムの一つであるＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズム等に基づいて可変係数フィルタ６の係数の更新を行う。
【００２４】
以上のようにしてエラー検出用マイクロフォン５のあるポイントで騒音信号と同振幅で且つ逆位相の制御信号とが干渉し合い、結果的に騒音が低減される。図５は本実施例による消音の効果を説明するためのゲイン−周波数特性図であり、図中実線はまったく消音制御を行わない生の騒音、点線は上記実施例による消音制御を行った場合、破線は従来の方法で消音制御を行った場合を夫々示している。この図から明らかなように本実施例では周波数の低域から高域にかけてまんべんなく消音による良好な特性が得られていることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明によれば、エラー信号にあらかじめ得られたコヒーレンスを基に算出した重み付けを行うことにより、制御効果の大きい周波数帯域の信号には重みを大きくし、コヒーレンスが小さく制御効果の少ない周波数帯域の信号には重みを小さくすることが可能となり、低音域から高音域までの広い範囲の騒音を効率よく消音制御することが可能になる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明消音装置の一実施例の構成を示す基本ブロック図である。
【図２】理想制御効果の周波数特性図である。
【図３】重み付けフィルタのインパルス応答を示す図である。
【図４】従来と本発明の消音装置の消音効果を比較する特性図である。
【図５】従来の消音装置の基本ブロック図である。
【符号の説明】
１ ダクト
２ ファン
３ 騒音検出用マイクロフォン
４ 消音用スピーカ
５ エラー検出用マイクロフォン
６ 可変係数フィルタ
７ 重み付けフィルタ
８ 可変係数演算部
【産業上の利用分野】
本発明は空気調和機等のダクトを伝って室内に入り込む騒音をこれと逆相の付加音で打ち消す消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に騒音の低減方法の一つとして、吸音材や防振材を用いて騒音を制御する受動型騒音制御法がある。この方法は駆動源やその周辺または騒音伝播経路に吸音材や防振材を設置して騒音を制御するもので、制御する周波数によって材料の質、大きさ及び形を変える必要があり、特に低周波騒音の制御を行うにはシステムが大きくなるという欠点があった。
【０００３】
一方近年、騒音の制御法としてデジタル信号処理を用いた能動型騒音制御システムが提案され、一部商品化も行われている。図５はこの騒音制御システムの一例を示す構成図であり、１０１は騒音源（例えば換気扇）、１０２は騒音検出用マイクロフォン、１０３は消音用スピーカ、１０４はエラー検出用マイクロフォン、１０５は前記騒音検出用マイクロフォン１０２による検出信号からこの騒音を打ち消す逆相の付加音を作る可変係数ＦＩＲ（Ｆａｓｔ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、１０６は前記フィルタ１０５の係数を算出する可変係数演算部である。
【０００４】
係る従来の制御法に於て騒音源１０１が発生する騒音信号を騒音検出用マイクロフォン１０２で検出し、この信号を基に検出用マイクロフォン１０４が設置されている制御点位置において当該騒音と同振幅且つ逆位相の信号を作り出す際、前記騒音信号を可変係数フィルタ１０５でフィルタ処理し、処理後の信号によってスピーカ１０３を駆動し、このスピーカ１０３から消去音を付加的に発生させる。 この発生された消去音と騒音とが制御点で互いに干渉し合い、結果的に騒音が低減される。そしてこの干渉音をさらにエラー検出用マイクロフォン１０４で検出し、検出された信号をエラー信号としてこの信号が最小となるように前記可変係数演算部１０６で係数更新アルゴリズムによって新たなフィルタ係数を算出する。
【０００５】
ここでの係数更新アルゴリズムは一般的にはＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳ が多く用いられている。これはフィルタ係数を次の数３に基づいて時々刻々と更新していくものである。
【０００６】
【数３】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて上記従来の構成において、広帯域に亙る周波数の騒音を制御しようとする場合、あるいは精度良く騒音を制御したい場合は、可変係数フィルタの次数を大きくしたり、あるいはある程度制御する騒音の周波数領域を制限する必要が生じるという欠点があった。
【０００８】
また信号処理部を低域部と高域部とに帯域分割し処理を行う場合、適応処理部が複数個必要になり、これにともなって処理量が増大して、ハードウェアの規模が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、係る従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、少ない演算処理量で広帯域の騒音を精度良く制御することのできる消音装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、騒音検出用マイクロフォンと、エラー検出用マイクロフォンと、該エラー検出用マイクロフォンによる検出信号に該検出信号と前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号とのコヒーレンスを基に算出された重み係数をかけてエラー検出用マイクロフォンによる検出信号を調整する重み付けフィルタと、前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号を基にして騒音を打ち消す信号を作る可変係数フィルタと、前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号と前記重み付けフィルタからの出力とにより前記可変係数フィルタの係数を算出する可変係数演算部と、前記可変係数フィルタからの出力信号に基づき騒音を打ち消す音を出すスピーカと、から成り、前記重み付けフィルタは、前記スピーカ停止時における測定結果から予め求められた下記数５を満足する制御効果Ｒ(ω)と同じ特性を有するフィルタで構成されている。
【数４】
【数５】
【００１１】
【作用】
一般的に騒音の能動制御における効果は、騒音信号と制御点における騒音信号とのコヒーレンスと関係が深いことが知られている。ここで言うコヒーレンスとは、２つの信号に含まれる周波数成分の関連性の強さを示す量であり、上記数４より求められる。
【００１３】
この数４を見ると騒音検出信号と制御点における騒音信号とのコヒーレンスが大きければ、両信号の周波数成分の関連性は強く、且つ騒音の制御効果が大きいといえる。したがってこのコヒーレンスを用いて理想的な制御効果を上記数５により導くことができる。
【００１５】
上記本発明の構成はこの理論に基づいて制御効果を上げようとするもので、コヒーレンスをあらかじめ測定し、この測定結果から理想的な制御効果Ｒ（ω）を算出する。そして前記Ｒ（ω）と同じ特性を有するフィルタを設計し、このフィルタを制御点に設けたエラー検出用マイクロフォンの近傍に設けた重み付けフィルタとして重み付け処理を行うようにする。このようにしてコヒーレンスが小さく制御効果の少ない周波数帯域の信号には重みを少なくする等の操作を行い、重み付けにより、制御に不必要な信号を低減させて効率よく能動制御を行い、広帯域の騒音を精度良く制御することが可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明消音装置をその一実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は消音装置のシステム構成図を示し、１は空気調和機用ダクト、２は騒音発生源としてのファン、３はこのファン２の近傍に設けられて騒音２１を検出する騒音検出用マイクロフォン、４はダクト１内の制御点の近傍に設けられて騒音を打ち消す付加音４１を発するスピーカ、５は前記騒音２１に付加音４１が重畳されたのちの音を検出するエラー検出用マイクロフォン、６は前記騒音検出用マイクロフォンの検出信号をフィルタ操作して前記スピーカ４を駆動する駆動信号を作る可変係数フィルタ、７は前記エラー検出用マイクロフォン５によって得られた信号に重み付けを行う重み付けフィルタ、８は前記騒音検出用マイクロフォン３からの検出信号及び重み付けフィルタからの出力により前記可変係数フィルタ６の係数を調整する可変係数演算部である。
【００１８】
斯かる構成において、ファン３の回転によって生じた騒音はダクト１を通ってダクト１の開口部１１に伝播される。
【００１９】
まず重み付けフィルタ７の係数を算出する。これはファン３の近傍の騒音検出用マイクロフォン３の検出信号と、ダクト１の開口部１１近傍のエラー検出用マイクロフォン５の検出信号を用いて前記数４によりコヒーレンスを測定し、この測定結果を用いて前記数５により理想消音量を算出する。
【００２０】
図２は本実施例で測定したコヒーレンスより算出した理想消音量の周波数による変化を示す図である。この図から本実施例においては、従来の方法によれば周波数の低域及び高域で理想消音量の値が小さく、消音による制御効果が薄いことがわかる。
【００２１】
図３は前記図２で示された理想消音量のデータを用いて適当な窓関数によるデータ補正を行い、重み付け係数を設定した重み付けフィルタ７のインパルス応答を示す特性図である。
【００２２】
以上のようにしてあらかじめ重み付けフィルタ７の重み係数を設定しておいてから実際の能動制御の動作を行った。すなわちファン２の発する騒音を騒音検出用マイクロフォン３により検出し、この検出信号を可変係数フィルタ６に入力して処理を行い、該フィルタ６からの制御信号によってスピーカ４を駆動する。
【００２３】
一方エラー検出用マクロフォン５で検出されたエラー信号を前述のようにしてあらかじめ測定で得られたコヒーレンスから導いたフィルタ係数を有する重み付けフィルタ７で重み付けし、この重み付けられたエラー信号と前記騒音信号により可変係数演算部８でのエラー信号が最小になるように適応制御アルゴリズムの一つであるＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズム等に基づいて可変係数フィルタ６の係数の更新を行う。
【００２４】
以上のようにしてエラー検出用マイクロフォン５のあるポイントで騒音信号と同振幅で且つ逆位相の制御信号とが干渉し合い、結果的に騒音が低減される。図５は本実施例による消音の効果を説明するためのゲイン−周波数特性図であり、図中実線はまったく消音制御を行わない生の騒音、点線は上記実施例による消音制御を行った場合、破線は従来の方法で消音制御を行った場合を夫々示している。この図から明らかなように本実施例では周波数の低域から高域にかけてまんべんなく消音による良好な特性が得られていることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明によれば、エラー信号にあらかじめ得られたコヒーレンスを基に算出した重み付けを行うことにより、制御効果の大きい周波数帯域の信号には重みを大きくし、コヒーレンスが小さく制御効果の少ない周波数帯域の信号には重みを小さくすることが可能となり、低音域から高音域までの広い範囲の騒音を効率よく消音制御することが可能になる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明消音装置の一実施例の構成を示す基本ブロック図である。
【図２】理想制御効果の周波数特性図である。
【図３】重み付けフィルタのインパルス応答を示す図である。
【図４】従来と本発明の消音装置の消音効果を比較する特性図である。
【図５】従来の消音装置の基本ブロック図である。
【符号の説明】
１ ダクト
２ ファン
３ 騒音検出用マイクロフォン
４ 消音用スピーカ
５ エラー検出用マイクロフォン
６ 可変係数フィルタ
７ 重み付けフィルタ
８ 可変係数演算部
Claims (1)
- 騒音検出用マイクロフォンと、エラー検出用マイクロフォンと、該エラー検出用マイクロフォンによる検出信号に該検出信号と前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号とのコヒーレンスを基に算出された重み係数をかけてエラー検出用マイクロフォンによる検出信号を調整する重み付けフィルタと、前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号を基にして騒音を打ち消す信号を作る可変係数フィルタと、前記騒音検出用マイクロフォンによる検出信号と前記重み付けフィルタからの出力とにより前記可変係数フィルタの係数を算出する可変係数演算部と、前記可変係数フィルタからの出力信号に基づき騒音を打ち消す音を出すスピーカと、から成り、
前記重み付けフィルタは、前記スピーカ停止時における測定結果から予め求められた下記関係式を満足する制御効果Ｒ(ω)と同じ特性を有するフィルタで構成されていることを特徴とする消音装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28604992A JP3544999B2 (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 消音装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28604992A JP3544999B2 (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 消音装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06138883A JPH06138883A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3544999B2 true JP3544999B2 (ja) | 2004-07-21 |
Family
ID=17699309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28604992A Expired - Fee Related JP3544999B2 (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 消音装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3544999B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3728837B2 (ja) * | 1996-12-12 | 2005-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 能動騒音制御装置 |
| ES2814226T3 (es) * | 2009-11-02 | 2021-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | Estructura de ventilador equipada con un sistema de control de ruido |
| JP2011137560A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | 空気調和機 |
-
1992
- 1992-10-23 JP JP28604992A patent/JP3544999B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06138883A (ja) | 1994-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040202 |
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| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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