JP2008534991A - フィルムスピーカーを利用した能動騒音制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、フィルムスピーカーを用いて騒音源に最大限近接して騒音源を取り囲み、騒音源から発生する騒音を最も効果的に遮断するためのフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御方法及び装置に関する。本発明は、騒音源に近接するように設置され、前記騒音源を取り囲むフィルムスピーカーと、前記フィルムスピーカーの後部に装着され、前記フィルムスピーカーの後面から放射される反対位相音を遮断するフィルムスピーカー用エンクロージャーと、前記フィルムスピーカーにより取り囲まれた騒音源に近接するように設置され、前記騒音源から発生した騒音を入力されるための入力マイクと、前記入力マイクで入力される騒音と対応する反対位相音（相殺音）を生成してアナログ信号に変換した後、前記フィルムスピーカーを駆動させて前記騒音を除去し、前記フィルムスピーカー用エンクロージャーの外部で発生する残余騒音をエラーマイクを介して入力されて前記反対位相音の生成を補正する能動騒音制御手段とで能動騒音制御装置を具現するようになる。

【選択図】 図２

Description

本発明は、フィルムスピーカーを利用した能動騒音制御方法及び装置に関する。特に、本発明はフィルムスピーカーを用いて騒音源に最大限近接して騒音源を取り囲み、騒音源から発生する騒音を最も効果的に遮断するためのフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御方法及び装置に関する。

公害のうち騒音問題は、広い地域で問題となっており、克服しがたい問題である。最近、ビル内の機械からの騒音、自動車内の通風管稼働からの騒音、家庭内の家電機器（特に、冷蔵庫、洗濯機）からの騒音及びその他の騒音源による騒音がますます大きな問題として認識されている。騒音を調節するための様々な手段及び材料が提案されたが、騒音を減衰させるのに満足できる多様な用途の材料はこれまでのところ存在していない。

所定用途の特定の防音材料の選択は、選択する材料の音響減衰能だけでなく、その他問題も考慮して決定される。その他問題としては、費用、重量、厚さ、耐火性などが含まれる。例えば、技術的に周知の音響減衰材料には、フェルト（felt）、発泡体、圧縮繊維、ガラス粉末またはロックウール及びハンマーで粉砕及び樹脂処理して熱硬化させた再生織物（再生織物材料）などがある。しかし、前記各材料には欠点がある。したがって、さらに良好な音響減衰特性を示す防音材料の必要性が絶えずに要求されている。

近年、騒音と同様の音を逆位相で作ってスピーカーに出力することによって、騒音を相殺させる能動的騒音制御方式が研究され、これを商品化しようとする努力が持続的に試みられている。しかし、能動的騒音制御効果を極大化するためには、音響工学を考慮し、適用空間を十分に設計しなければならないという難しさがあった。

従来、能動的騒音制御システムを人工的に製作した導管（Duct）型空間に配置して騒音制御効果を高める場合が大部分であった。
以下では、図１を参照して通常の能動騒音制御装置の動作を説明する。
図１は、従来の能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
図１を参照すれば、騒音源（Noise Source）（１０）の周辺に前記騒音源（１０）を取り囲むように導管（２０）が形成される。前記騒音源（１０）に近接するように備えられた入力マイク（３０）を介して聴取された騒音データは、デジタルデータｘ（ｎ）に変換され、ＤＳＰチップである能動騒音制御（ＡＮＣ）コントローラ（４０）に入力される。
デジタルデータｘ（ｎ）は、入力マイク（３０）から前記能動騒音制御コントローラ（４０）へと導かれる。そして、前記能動騒音制御コントローラ（４０）では、最適な能動騒音制御用フィルタアルゴリズムであるＦＸＬＭＳ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ）アルゴリズムを用いることで、デジタルデータｘ（ｎ）が加工され、騒音を相殺できるように逆位相の騒音データを生成する。
このように生成した騒音データをアナログ信号ｙ（ｎ）に変更させて最適な位置にあるスピーカー（５０）を介して相殺音を出力して騒音を除去する方式である。
そして、前記能動騒音制御用フィルタアルゴリズムは、相殺されない騒音をエラーマイク（６０）を介してさらに聴取した後、アルゴリズムを補償する機能を含んでいる。

周知のように、効果的な騒音相殺を行なうためには、騒音源に近接して相殺音を出力することが好ましい。しかし、一般スピーカーを使用する場合、騒音源に最大限近接して設置することは容易でないので（固定された形態及びエンクロージャーの問題）、従来の能動騒音制御装置は、次善の策として騒音を相殺しようとする空間を導管形態に変形させ、導管外部から内部にスピーカーを装着し、スピーカーの後面から出る逆位相音を遮蔽する方法を使用した。

しかし、このような従来の能動騒音制御装置は、騒音相殺空間を導管形態に変更することが不可能な場合も存在するという短所がある。たとえ導管形態に変更が可能であっても、費用が多くかかり、商品化することは難しい。

よって、本発明は、前述のような従来の能動騒音制御装置の有する諸問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、フィルムスピーカーを用いて騒音源に最大限近接して騒音源を取り囲み、騒音源から発生する騒音を最も効果的に遮断するためのフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御方法及び装置を提供することにある。

前述の目的を達成するため、本発明によるフィルムスピーカーを用いた能動騒音制御装置は、フィルムスピーカーを備え、該フィルムスピーカーは騒音源から放射される騒音を除去するための除去音を出力するのに用いられ、該除去音は、前記騒音源から放射される騒音の逆位相を有する音であり、前記装置はさらに、前記フィルムスピーカーの後面から放射される逆位相音を遮断するのに用いられるフィルムスピーカー用エンクロージャーと、前記騒音源から発生した騒音が入力される入力マイクと、デジタル信号処理器ＤＳＰに基づく能動騒音制御手段を備え、該能動騒音制御手段は、前記入力マイクから該能動騒音制御手段へ加えられる騒音と対応する逆位相音または相殺音を生成し、前記逆位相音を放射するように前記フィルムスピーカーの駆動を制御することを特徴とする。

以下、前述のような技術的思想による本発明の好ましい実施例を添付の図面により詳細に説明する。
図２は、本発明によるフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、参照符号（１１０）は、騒音源を示す。参照符号（１２０）は、前記騒音源（１１０）を取り囲むフィルムスピーカーを示し、このフィルムスピーカーは、前記騒音源（１１０）に近接するように設置される。参照符号（１３０）は、前記フィルムスピーカー（１２０）の後部に装着されるフィルムスピーカー用エンクロージャーを示す。このフィルムスピーカー用エンクロージャーは、騒音源から放射される騒音に対応する逆位相音を遮断するとともに、前記フィルムスピーカー（１２０）の後面から放射される音を遮断する。参照符号（１４０）は、入力マイクを示し、この入力マイクは、前記フィルムスピーカー（１２０）によって取り囲まれた騒音源（１１０）に近接するように設置される。従って、前記騒音源（１１０）から発生した騒音は入力マイクに入力される。

また、参照符号（１５０）は、能動騒音制御手段を示す。この能動騒音制御手段は、前記入力マイク（１４０）で入力される騒音に対応する逆位相音（相殺音）を生成し、アナログ信号に変換した後、前記フィルムスピーカー（１２０）を駆動させて前記騒音を除去する。そして、前記フィルムスピーカー用エンクロージャー（１３０）の外部に存在する残余騒音ｅ（ｎ）がエラーマイク（１６０）を介して能動騒音制御手段に入力されることにより、前記逆位相音の生成を補正する。

前記能動騒音制御手段（１５０）は、図３に示したように、騒音ｘ（ｎ）がエラーマイク（１６０）に到達時に発生する１次経路上の騒音値Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄ［ｎ］を伝達する１次経路値伝達器（１５１）と、フィルムスピーカー（１２０）の出力からエラーマイク（１６０）に到達する時に発生する信号値を伝達する２次経路値伝達器Ｓ（１５５）と、実際相殺されない騒音をさらに聴取するエラーマイク１６０上の誤差値ｅ（ｎ）を出力する誤差値出力器（１５６）と、前記２次経路の影響から適応フィルタの係数値を更新するために２次経路の値をあらかじめ内部的に計算した２次経路値近似化器Ｓ＾（１５２）と、線形フィルタの出力と所望の信号間の誤差を最小化するためのアルゴリズムであるＬＭＳアルゴリズムを使用してフィルタ係数値を更新するフィルタ係数値更新器（１５３）と、前記フィルタ係数値更新器（１５３）で発生したフィルタ係数値によって前記騒音源で発生した騒音ｘ（ｎ）と反対位相を有する信号を出力する適応フィルタＷ（ｎ）（１５４）で構成される。

以下、このように構成された本発明によるフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御装置の作用を詳細に説明する。
まず、騒音源（１１０）で騒音が発生すれば、入力マイク（１４０）でその騒音値を聴取して能動騒音制御手段（１５０）に伝達する。前記能動騒音制御手段（１５０）では、その入力信号を、逆位相を有する信号に変換し、フィルムスピーカー（１２０）を介して出力することによって、前記騒音源（１１０）で発生した騒音は相殺され、除去される。

すなわち、能動騒音制御手段（１５０）は、適応フィルタ（１５４）の出力と所望の信号間の誤差を最小化するためのアルゴリズムであるＬＭＳアルゴリズムを適用して実際の入力信号ｘ（ｎ）を、逆位相を有する信号に変える適応フィルタＷ（ｎ）（１５４）を介して、逆位相の信号であるｙ’（ｎ）を出力する。これにより、エラーマイク（１６０）に到達時まで発生する経路である２次経路の２次経路値伝達器Ｓ（１５５）を介して実際にフィルムスピーカー（１２０）を介して出力されて騒音を除去するようになる。

この時、フィルムスピーカー（１２０）の後面に備えられたフィルムスピーカー用エンクロージャー（１３０）は、既存の騒音を相殺するための逆位相を有する騒音だけを出力しなければならないので、フィルムスピーカー（１２０）の後面から放射される逆位相音を効果的に制御するようになる。

一方、フィルムスピーカー（１２０）を介して相殺されて残った騒音ｅ（ｎ）は、さらにエラーマイク（１６０）を介して聴取され、さらに能動騒音制御手段（１５０）に入力される。そして、この残った騒音ｅ（ｎ）は、２次経路Ｓの影響を低減するためにその値をあらかじめ内部的に計算した近似２次経路Ｓ＾値と共にＬＭＳアルゴリズムに印加され、各パラメーターが微調整されることによって、次に入る騒音は、さらに正確に適応フィルタＷ（ｎ）（１５４）を適用できるようにする。

図４は、本発明によるフィルムスピーカーを用いて能動騒音を除去する過程を示す順序図である。
図４を参照すれば、前記能動騒音制御方法は、入力マイクが前記騒音源から放射される騒音を入力される段階（Ｓ１０）を備え、前記入力マイクは、前記フィルムスピーカーにより取り囲まれた騒音源に近接するように設置され、前記方法は、さらに、前記入力された騒音の逆位相を有する音（相殺音）を生成し、前記生成された逆位相音をアナログ信号に変換し、前記フィルムスピーカーを介して前記騒音を除去する段階（Ｓ２０）と、残余騒音がエラーマイクを介して入力される段階（Ｓ３０）を備え、前記残余騒音は、前記フィルムスピーカーの後面に設置されたフィルムスピーカー用エンクロージャーの外部に存在し、前記方法は、さらに、前記エラーマイクに入力された残余騒音によって前記逆位相音を補正する段階（Ｓ４０）を含む。

通常、既存の能動騒音制御方式の装置を記述すれば、既存のスピーカーでは、音響的に四方に広がる騒音源を遮断することが非常に難しいので、図１のように騒音源の周囲を導管形態で作って騒音が一ケ所だけを介して伝達されるようにし、その導管内にスピーカーを組み込み、騒音を低減する構成を使用する。この場合、全ての騒音源空間を導管形態にすることは不可能なだけでなく、費用が多くかかるなどの難しさが伴った。

反面、本発明によるフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御方法及び装置に適用されるシステムは、フィルムスピーカーという特殊な形態のスピーカーを利用して騒音源の周囲を取り囲む形態でシステムを具現することによって、騒音源空間自体の変形なく騒音を効果的に低減することができ、これにより、費用を大きく削減することができる。

以上説明した本発明によれば、騒音源の騒音を最も効果的に遮断するために、フィルムスピーカーという特殊なスピーカーを利用して騒音源を取り囲むことによって、音響的に四方に広がる騒音を効果的に遮断することができるという長所がある。
また、既存の空間を導管形態などに変形する必要がないので、所要費用をも節減することができるという効果がある。

以上、特定の実施例と関連して本発明を説明したが、本発明は、前述した実施例及び添付の図面に限定されるものでなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々に置換、変形及び変更が可能であることは本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。

従来の能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明によるフィルムスピーカーを利用した能動騒音制御装置の構成を概略的に示す図である。 図２の能動騒音制御（ＡＮＣ）コントローラの一実施例を示す構成図である。 本発明によるフィルムスピーカーを用いた能動騒音制御過程を示す順序図である。

符号の説明

１１０・・・・・騒音源
１２０・・・・・フィルムスピーカー
１３０・・・・・フィルムスピーカー用エンクロージャー
１４０・・・・・入力マイク
１５０・・・・・能動騒音制御手段
１６０・・・・・エラーマイク

Claims (8)

1. 騒音源から放射される騒音を除去するための除去音を出力するのに用いられるフィルムスピーカーと、
   前記フィルムスピーカーの後面から放射される逆位相音を遮断するのに用いられるフィルムスピーカー用エンクロージャーと、
   前記騒音源から発生した騒音が入力される入力マイクと、
   デジタル信号処理器ＤＳＰに基づく能動騒音制御手段を備え、前記除去音は、前記騒音源から放射される騒音の逆位相を有する音であり、前記能動騒音制御手段は、前記入力マイクから該能動騒音制御手段へ加えられる騒音と対応する逆位相音または相殺音を生成し、前記逆位相音を放射するように前記フィルムスピーカーの駆動を制御することを特徴とするフィルムスピーカーを用いた能動騒音制御装置。
2. 前記フィルムスピーカーは、前記騒音源に隣接して前記騒音源を取り囲むように設置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記フィルムスピーカー用エンクロージャーは、前記フィルムスピーカーの後面に設置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. エラーマイクをさらに備え、該エラーマイクに、前記フィルムスピーカー用エンクロージャーの外側に存在する残余騒音が入力されることで、該エラーマイクが前記入力された残余騒音を前記能動騒音制御手段に伝送することを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記能動騒音制御手段は、
   前記騒音源から放射される騒音がエラーマイクに到達する場合に生成される第１経路上の騒音値を伝送するのに用いられる第１経路値伝送ユニットと、
   前記フィルムスピーカーからの出力信号が前記エラーマイクに到達する場合に発生する第２経路上の信号値を伝送するのに用いられる第２経路値伝送ユニットと、
   前記第１経路値と前記第２経路値間の減算を行い、完全に除去されない残余騒音が再入力される前記エラーマイクのエラー値として前記差分値を出力するのに用いられるエラー値生成器と、
   前記第２経路の結果に基づいて適応フィルタの係数値をアップデートするように前記第２経路の騒音値を接近するのに用いられる第２経路値接近器と、
   リニアフィルタの出力信号と所望の信号間のエラーを最小化するようにＬＭＳアルゴリズムを使用してフィルタ係数値をアップデートするのに用いられるフィルタ係数値アップデータと、
   前記フィルタ係数値アップデータの制御下で前記フィルタ係数値をアップデートし、前記騒音源から生成される騒音を除去するように前記騒音と逆位相を有する信号を生成するのに用いられる適応フィルタを含むことを特徴とする請求項１又は４記載の装置。
6. 前記能動騒音制御手段に、前記フィルムスピーカー用エンクロージャーの外側に存在する残余騒音がエラーマイクを介して入力されることで、前記能動騒音制御手段が前記生成された逆位相音を補正することを特徴とする請求項１又は４記載の装置。
7. フィルムスピーカーを用いた能動騒音制御方法において、該方法は、
   入力マイクに前記騒音源から放射される騒音が入力される段階Ｓ１０と、
   前記入力された騒音の逆位相を有する音（相殺音）を生成し、前記生成された逆位相音をアナログ信号に変換し、前記フィルムスピーカーを介して前記騒音を除去する段階Ｓ２０と、
   残余騒音がエラーマイクを介して入力される段階Ｓ３０と、
   前記エラーマイクに入力された残余騒音によって前記逆位相音を補正する段階Ｓ４０を備え、前記入力マイクは、前記フィルムスピーカーにより取り囲まれた騒音源に近接するように設置され、前記残余騒音は、前記フィルムスピーカーの後面に設置されたフィルムスピーカー用エンクロージャーの外部に存在することを特徴とする方法。
8. 前記段階Ｓ４０は、逆位相音を補正する段階を含み、該段階において、前記逆位相音の生成のためにＬＭＳアルゴリズムのフィルタ値を補正することを特徴とする請求項７記載の方法。

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