JP2009036142A - 消音機能付筐体、消音方法及び消音パターン作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な演算を必要としない、安定した能動消音が可能な消音機能付筐体及び消音方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る消音機能付筐体は、第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンを記憶する記憶手段と、第２の位置における周囲の音の波形を周囲音波波形として測定する音波測定手段と、測定された周囲音波波形に対応する消音パターンを選択する消音パターン選択手段と、第３の位置において、選択された消音パターンに基づき消音音波を出力する音波出力手段とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は騒音に対して能動的に消音を行う消音機能付筐体、消音方法及び消音パターン作成方法に関し、特に、予め記憶した消音パターンに基づき消音音波を出力する消音機能付筐体、消音方法及び消音パターン作成方法に関する。

電子部品を搭載した基板や各種のモジュールを搭載するために、電子機器には筐体が多く用いられている。筐体内には、筐体内の温度上昇を抑えるために、冷却用ファンが設けられることが多い。冷却用ファンは、複数台設けられたり、大型化されたり、回転速度が高速化されることがある。

また、電子機器の中には、モーター等の運動体を備えた機械部品が搭載されたものがある。

このように、筐体内に冷却用ファンやモーターが搭載された電子機器の場合、冷却用ファンやモーターの回転により、筐体から大きな騒音が漏れる問題が発生する。

騒音が筐体から外部に漏れるのを防ぐ技術として、筐体に能動消音装置を搭載する技術が知られている。例えば、特許文献１には、冷却用ファンから発せられる騒音に対し、逆位相の音波の波形を合成することで、能動消音を行うことができるプロジェクタ装置が開示されている。

特許文献１では、冷却用ファンの回転数の計測結果から騒音の基本周波数成分及び高次周波数成分を求める。そして、周波数ごとに騒音レベルを特定し、騒音状況の監視結果から騒音と逆位相の振幅を求め、生成波をスピーカから出射している。

特開２００５−１３３５８８号公報

特許文献１に開示されたプロジェクタ装置では、騒音を消音するために出力すべき生成波を騒音の周波数ごとに求めるために、騒音の周波数成分の算出、周波数ごとの騒音レベル測定、分析及び位相制御等、複雑な演算を必要としている。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、複雑な演算を必要としない、的確な能動消音が可能な消音機能付筐体、消音方法及び消音パターン学習方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る消音機能付筐体は、第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンを記憶する記憶手段と、第２の位置における周囲の音の波形を周囲音波波形として測定する音波測定手段と、測定された周囲音波波形に対応する消音パターンを選択する消音パターン選択手段と、第３の位置において、選択された消音パターンに基づき消音音波を出力する音波出力手段とを備えることを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために、本発明に係る消音方法は、第２の位置において、周囲の音の波形である周囲音波波形を測定するステップと、第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンであって、測定された周囲音波波形に対応する消音パターンを選択するステップと、第３の位置において、選択された消音パターンに基づき消音音波を出力するステップとを備えることを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために、本発明に係る消音パターン生成方法は、第２の位置において、周囲の音の波形である周囲音波波形を測定するステップと、第１の位置における騒音の波形を騒音波形として取得するステップと、取得した騒音波形から、騒音を消音する音波波形を生成するステップと、生成した音波波形を、測定された周囲音波波形に対応付けて消音パターンとして記憶するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る消音機能付筐体は、音波測定手段によって測定された周囲音波波形に対応する消音パターンを記憶手段から選択し、消音を行う。従って、本発明に係る消音機能付筐体は、消音を行うための複雑な演算を必要としないという効果がある。

本発明に係る消音方法は、測定された周囲音波波形に対応する消音パターンに基づいて消音音波を出力する。従って、消音を行うための複雑な演算を必要としないという効果がある。

本発明に係る消音パターン生成方法は、音波波形を、測定された周囲音波波形に対応付けて消音パターンとして記憶する。従って、的確な能動消音を行うことが可能であるという効果がある。

本発明に係る消音機能付筐体の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施形態に係る消音機能付筐体の概略構成を示す。図１において、消音機能付筐体１００は、能動消音装置１０、冷却用ファン２０、発熱部品３０及び温度センサ４０を搭載している。

発熱部品３０は、ＣＰＵや発光体を備える電子部品等であり、駆動時に熱を発する。温度センサ４０は、消音機能付筐体１００内部の背面上方に設置され、消音機能付筐体１００内部の温度を計測している。

冷却用ファン２０は、温度センサ４０の計測結果に応じて駆動され、主に発熱部品３０等を冷却する。冷却用ファン２０は、消音機能付筐体１００内部の背面上方に設置されている。冷却用ファン２０は、温度センサ４０によって計測される温度が低い場合には、停止または低速で回転する。そして、計測される温度が高くなるにつれて高速で回転する。冷却用ファン２０のファンの回転速度と、ファンが回転することにより発生する音の大きさとは比例関係にあり、ファンが高速で回転する程、風切り音等の大きな騒音が発生する。

能動消音装置１０は、マイク１２、スピーカ１３、記憶部１１、演算部１４及びこれらを制御する制御部１５を備える。また、能動消音装置１０は温度センサ４０と電気的に接続され、温度センサ４０は、計測した筐体内温度データを能動消音装置１０へ伝達している。

図１に示すように、マイク１２は、冷却用ファン２０の近傍に設置され、筐体内騒音を計測する。スピーカ１３は、消音機能付筐体１００の上面に設置され、消音用の音波（以降、「消音音波」という。）を出力する。

記憶部１１には、筐体内騒音の音波としての波形を規定するパラメータとしての振幅、周波数及び位相と、筐体内温度と対応する複数の消音パターンが、データ・テーブルとして保存されている。消音パターンは消音音波の波形を規定するデータであり、具体的なデータの形態の例としては、消音音波の振幅値を所定の時間間隔でサンプリングしたデータの集合などがある。消音パターンの波形の詳細については後述する。

演算部１４は、マイク１２からは筐体内騒音データを、温度センサ４０からは筐体内温度のデータを受け取り、所定の消音制御期間ごとに演算を行う。そして、制御部１５は、消音制御期間内では、そのときに選択されている一つの消音パターンに基づいてスピーカ１３から消音音波を出力させ、騒音を消音する。演算部１４、制御部１５は、この消音制御期間内の処理を繰り返し、実行する。

ここで、「消音制御期間」とは、筐体内騒音の振幅、周波数、位相及び筐体内温度、並びに騒音を一定と見なすことができる程度に短い時間である。このような消音制御期間を用いることにより、演算部１４、制御部１５の処理が容易なる。消音制御期間は、能動消音装置１０が設置される環境やその環境における騒音に依存するので、環境に合わせて十分短く定めればよい。

演算部１４は、消音制御期間ごとに、受け取った筐体内騒音データから、筐体内騒音の振幅、周波数、及び位相を求める。「位相」とは、演算部１４及び制御部１５に共通の所定のタイミングに対する位相である。例えば、演算部１４及び制御部１５が用いる基準クロックに対する位相を、筐体内騒音の位相として用いればよい。また、筐体内騒音の周波数、位相は、筐体内騒音データから筐体内騒音の波形の立ち上がり又は立ち下がりタイミングを求め、そのタイミングから算出すればよい。そして、演算部１４は、筐体内騒音の振幅、周波数、及び位相を算出した後、筐体内温度と併せて制御部１５へ伝達する。

制御部１５は、演算部１４から受け取った筐体内騒音の振幅、周波数、及び位相、並びに筐体内温度に対応する消音パターンを、記憶部１１に保存されているデータ・テーブルから選択する。そして、選択した消音パターンに基づいて、消音制御期間の間、スピーカ１３から消音音波を出力する。

次に、消音パターンについて説明する。消音パターンは、スピーカ１３から出力される消音音波の波形、振幅、位相を規定したものである。消音パターンは、予め生成され、記憶部１１に保存されている。消音パターンに基づき出力される消音音波は、スピーカ１３が設置された位置における騒音を消音するものである。従って、ある筐体内温度において、消音音波とスピーカ１３の位置の騒音の振幅、周波数、波形は完全に一致しており、位相は１８０°異なる。そのため、騒音に消音音波が合成され、騒音が消音される。

本実施形態の消音パターンは、例えば次のようにして生成することができる。まず、スピーカ１３からの音波の出力は停止しておく。そして、マイク５０を用いて、スピーカ１３の近傍の騒音の波形を測定する。波形の測定方法としては、騒音の周波数帯域と消音を行う音波の周波数帯域をカバーできるだけの、十分高いサンプリング間隔で波形の振幅値を取りこむ方法がある。そして、求めた騒音波形と振幅、周波数、波形が同じで、位相が１８０°異なる波形データを生成し、消音パターンとする。そして、求めた消音パターンを、マイク１２で測定した筐体内騒音データと温度センサ４０で測定した筐体内温度に対応付けて、記憶部１１に保存する。

このようにして作成した消音パターンを用いて、制御部１５は次のようにして消音を行う。すなわち、制御部１５は、マイク１２で測定した筐体内騒音データと温度センサ４０で測定した筐体内温度に対応した消音パターンを選択する。そのときの消音パターンは、スピーカ１３の位置において、騒音と波形が同じで位相が逆の消音音波を規定するものとなっている。従って、その消音パターンに基づいて消音音波を出力することにより、騒音を消音することができる。このように、制御部１５は、騒音状態と、そのときの筐体内温度に対応した最適な消音パターンを選択し消音を行うことができる。

なお、消音パターンを騒音と同じ波形とする方法もある。その場合、消音パターンに基づいて生成した波形の位相を１８０°ずらした後、スピーカ１３から出力すればよい。あるいは、消音パターンのデータを読み出し、位相を１８０°ずらした波形データに変換した後、その波形データに基づいて音波を生成しスピーカ１３から出力してもよい。

また、マイク５０は、消音パターンを作成するときのみに必要なものであり、消音機能付筐体１００の評価時や生産時において、消音パターンを作成するときのみに用いられる。一旦、消音パターンを生成すれば、その後はマイク１２で計測した筐体内騒音データに基づき、その消音パターンを選択すればよく、マイク５０で騒音を計測する必要はない。

制御部１５が、選択した消音パターンに対応した消音音波をスピーカ１３から出力する具体的方法は特に限定されない。例えば、消音パターンのデータを順次読み出し、Ｄ／Ａコンバータを介してアナログ値に変換し、スピーカ１３から出力する方法などがある。

消音機能付筐体１００の能動消音装置１０の動作フローを、図２を用いて説明する。まず始めに、温度センサ４０が発熱部品３０の稼働による温度上昇を検知し、冷却用ファン２０が駆動される（Ｓ１）。冷却用ファン２０が駆動されると騒音が発生し、発生した騒音は能動消音装置１０のマイク１２で筐体内騒音として計測される。

マイク１２で計測された筐体内騒音データは制御部１５に伝達される。制御部１５は、常時、マイク１２で計測された筐体内騒音データを取得・監視している（Ｓ２）。そして、マイク１２で計測された筐体内騒音データが一定のレベル以上である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御部１５は、マイク１２及び温度センサ４０に、その時点から消音制御期間の筐体内騒音データと筐体内温度データを計測させる（Ｓ３）。そして、マイク１２及び温度センサ４０は、計測した筐体内騒音データ及び筐体内温度データを演算部１４へ伝達する（Ｓ４）。

演算部１４は、受け取った筐体内騒音データから筐体内騒音の振幅、周波数及び位相を求め（Ｓ５）、演算結果を筐体内温度データと一緒に制御部１５に伝達する（Ｓ６）。制御部１５は、受け取った筐体内騒音の振幅、周波数及び位相、並びに筐体内温度データに対応する消音パターンを記憶部１１から選択する（Ｓ７）。

そして、制御部１５は、選択した消音パターンに基づいて、スピーカ１３から消音用音波を出力させる（Ｓ８）。スピーカ１３が消音用音波を出力することで、所望位置において冷却用ファン２０から発せられる騒音が消音される（Ｓ９）。

以降、ある消音制御期間に計測した筐体内騒音データ及び筐体内温度データに基づいてその次の消音制御期間の消音を行うという一連の処理を、繰り返し行う。

なお、マイク１２で計測された筐体内騒音データが一定のレベルを下回った場合は（Ｓ２：ＮＯ）、筐体内騒音データ及び筐体内温度データは演算部１４へ伝達されず、スピーカ１３からは消音用音波が出力されない。

本実施形態では、消音パターンの選択に、筐体内騒音の振幅、周波数、位相の他、筐体内温度も用いている。例えば、筐体内温度が変化すると、音速が変化する。このとき、筐体内騒音の波長が変化し、ある位置における消音音波の位相が変化し、騒音との位相関係が変化するために、消音の効果に影響を及ぼす可能性がある。そのため、筐体内温度を用いて、その筐体内温度に対応した消音パターンを選択することにより、消音の効果を維持することができる。従って、消音機能付筐体１００の設置場所における温度制御の有無や、筐体内温度の変化範囲、消音を行う位置とスピーカ１３との距離等の諸条件により、温度変化による消音音波の位相変化を無視できる場合は、消音パターンの選択に、筐体内温度を用いなくてもよい。

尚、記憶部１１にマイク１２及びスピーカ１３の「周波数−出力」特性情報を登録し、演算部１４が演算する時に、それらの特性情報で筐体内騒音データ及び消音パターンの波形を補正すれば、より適切な消音を行うことができる。また、マイク１２またはスピーカ１３が故障した場合には、交換後のマイク１２またはスピーカ１３の「周波数−出力」特性情報を登録し直しさえすれば、騒動消音装置１０をそのまま使用することができる。

本実施形態では、筐体内騒音の振幅、周波数、位相及び筐体内温度の計測データの組み合わせに基づく消音パターンの選択を容易とするため、各計測データは「消音制御期間」において一定であるものとした。さらに、同一の消音パターンに基づく消音音波の再生時間を、「消音制御期間」と等しく設定した。そのため、「消音制御期間」は、上記のような前提が成り立つ程度に十分に短い時間であるものとしている。

そして、このように、各計測データが一定であると見なせる程度に短い消音制御期間においても、ある消音制御期間（Ｔ１）とその次の消音制御時間（Ｔ２）とでは、計測データが変化していることがある。そこで、Ｔ１における計測データとＴ２における計測データとから、Ｔ２の次の消音制御時間（Ｔ３）の計測データを予測し、Ｔ３では、その予測結果に基づき消音音波を出力してもよい。例えば、Ｔ１における計測データに対するＴ２における計測データの変化率を求め、Ｔ３の計測データを予測する。そして、その予測データに基づいて消音パターンを選択し、Ｔ３の期間にはその消音パターンに基づいて消音音波を発生させる。このように、Ｔ１の計測データに基づきＴ２の消音を行うのでなく、Ｔ２の計測データを予測し、予測値に基づき消音を行うことにより、より正確に消音音波を出力することができる。さらには、Ｔ１からＴ３までの計測データを用いて、計測データの変化率を求め、Ｔ３の次の消音制御時間（Ｔ４）の計測データを予測してもよい。

また、消音パターンの長さ、すなわち消音制御時間の長さは一定である必要はない。例えば、消音パターンに基づき出力される音波の波形に不連続点が生じないように、消音パターン中の波形の周期の自然数倍になるように、消音パターンの長さを可変長としてもよい。このとき、消音制御期間も消音パターンの長さに合わせて、毎回変化することとなる。なお、上記の倍数は小さいほど望ましく、１が理想であるが、値が小さいほど音データからの振幅、周波数及び位相の演算を高速に行わなければならない。そのため、求められる消音の精度と、振幅、周波数及び位相の演算に必要な処理能力とのトレードオフにより、倍数を決めればよい。

また、本実施形態では、マイク１２で測定した筐体内騒音の波形を特定するために、振幅、周波数及び位相を求めた。例えば、騒音の発生源が冷却ファン２０のみである場合には、振幅、あるいは周波数を測定するのみで、冷却ファン２０の回転数を特定することができる。このような場合には、筐体内騒音の振幅又は周波数のいずれか一方のみを用いて冷却ファン２０の回転数を特定し、回転数に基づき、消音パターンを選択してもよい。あるいは、冷却ファン２０の回転数を直接検出し、求めた回転数に基づき、消音パターンを選択してもよい。

以上のように、本実施形態に係る消音機能付筐体１００は、温度センサ４０、マイク１２を用いて筐体内騒音の振幅、位相、周波数及び筐体内温度を測定し、それらの測定値に基づき予め記憶部１１に記憶されている消音パターンに基づきスピーカ１３から消音音波を出力し、消音する。従って、本実施形態に係る消音機能付筐体１００は、複雑な演算を行うことなく騒音を消音することができる。

また、消音パターンは、振幅、位相を一定とみなすことができる程度に十分に短い期間の騒音を消音するための消音音波の波形に対応して生成されている。そして、時々刻々と消音パターンを変化させていく。そのため、騒音が変化する場合でも、消音パターンは、その変化にリアルタイムに追従することができる。従って、本発明の消音機能付筐体は、安定した消音が可能である。

尚、上記の実施形態では、消音パターンの選択時に、筐体内騒音のみでなく、筐体内温度もパラメータをして使用している。しかし、筐体内温度の変化幅が狭い場合など、温度変化による影響が無視できる場合には、筐体内騒音のみを用いて消音パターンを選択してもよい。その場合には、図１の消音機能付筐体１００から温度センサ４０を除いてもよい。温度センサ４０を除いた消音機能付筐体１００を第２の実施形態とし、一般化して図３に示す。図３は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。図３において、音波測定手段１８は、マイク１２及び演算部１４を備える。マイク１２で測定した筐体内騒音データから、演算部１４が振幅、周波数及び位相を求め、制御部１５へ伝達する。制御部１５では、消音パターン選択手段として、演算結果に対応する消音パターンを記憶部１１から選択する。そして、選択した消音パターンに基づいて、音波出力手段としてのスピーカ１３から消音用音波を出力する。

本発明に係る消音機能付筐体の第３の実施形態について説明する。図４に、本実施形態に係る消音機能付筐体１００の概略構成を示す。本実施形態に係る消音機能付筐体１００は、能動消音装置１０、３つの冷却用ファン２０ａ〜ｃ、発熱部品３０及び３つの温度センサ４０ａ〜ｃを搭載している。

発熱部品３０は、ＣＰＵや発光体を備える電子部品等であり、駆動時に熱を発する。温度センサ４０ａ〜ｃは、それぞれ冷却用ファン２０ａ〜ｃの近傍に設置され、消音機能付筐体１００内部の温度を計測する。冷却用ファン２０ａ〜ｃは、消音機能付筐体１００内部の背面上方に設置されている。本実施形態において、冷却用ファン２０ａ〜ｃは、温度センサ４０ａ〜ｃの計測結果に応じて駆動され、主に発熱部品３０等を冷却する。また、温度センサ４０ａ〜ｃは、計測した筐体内温度データを能動消音装置１０へ伝達している。

能動消音装置１０は、３つのマイク１２ａ〜ｃ、スピーカ１３、３つのスピーカ設置台１６ａ〜ｃ、記憶部１１、演算部１４及び制御部１５を備える。本実施形態では、マイク１２ａ〜ｃは、それぞれ冷却用ファン２０ａ〜ｃの近傍に設置されている。

また、スピーカ１３を設置するためのスピーカ設置台１６ａ〜ｃは、消音機能付筐体１００の上面と左右の側面に固定されている。スピーカ１３は、消音を行う領域と消音機能付筐体１００の位置関係に応じて設置される。本実施形態の消音機能付筐体１００は、右側の壁に寄せて設置されることから、図５に示すように、スピーカ１３は、消音機能付筐体１００の左側側面に設けられているスピーカ設置台１６ｂに設置される。スピーカ１３の位置情報は、制御部１５に伝達される。

マイク１２ａ〜ｃ及び温度センサ４０ａ〜ｃも、それぞれスピーカ設置台１６ａ〜ｃに対応して設置されている。マイク１２ａ〜ｃは、それぞれスピーカ設置台１６ａ〜ｃに最も近いマイクである。温度センサ４０ａ〜ｃも同様に、それぞれスピーカ設置台１６ａ〜ｃに対応して設置された、最も近い温度センサである。

記憶部１１には複数の消音パターンが保存されている。それぞれの消音パターンは、スピーカ設置台１６ａ〜ｃにスピーカ１３を設置したときに発生させる消音音波に対応している。また、複数の消音パターンのぞれぞれは、スピーカ設置台１６ａ〜ｃのそれぞれに最も近いマイク１２ａ〜ｃ、温度センサ４０ａ〜ｃの計測データに対応づけられている。例えば、スピーカ設置台１６ａに対応する消音パターンは、マイク１２ａで計測した筐体内騒音データと温度センサ４０ａで計測した筐体内温度データに対応づけられている。そして、スピーカ１３をスピーカ設置台１６ａに設置したときには、この消音パターンに基づき、消音音波を発生させる。

以下、本実施形態に係る消音機能付筐体１００の能動消音装置１０の動作を説明する。本実施形態では、マイク１２ａ〜ｃで計測した筐体内騒音レベルの合計が一定のレベルを超えたことを検知すると、制御部１５が消音を開始する。

先ず、制御部１５が、スピーカ１３が設置されているスピーカ台 (本実施形態ではスピーカ設置台１６ｂ)、に最も近いマイク１２ｂ、及び温度センサ４０ｂで計測した筐体内騒音データ及び筐体内温度データを取得し、演算部１４へ伝達する。

演算部１４は、受け取った筐体内騒音データについて振幅、周波数及び位相を、最良の実施の形態と同様の方法を用いて演算する。そして、演算結果と筐体内騒音データとを制御部１５へ伝達する。

制御部１５は、演算部１４から受け取った、筐体内騒音の振幅、周波数、位相及び筐体内温度データと、スピーカ１３の位置情報（本実施形態ではスピーカ設置台１６ｂ）とに対応する消音パターンを、記憶部１１から選択する。更に制御部１５は、選択した消音パターンに基づいてスピーカ１３を制御する。スピーカ１３から消音用音波が出力されることで、冷却用ファン２０から発せられる騒音が消音される。

ここで、本実施形態ではマイク１２ａ〜ｃ及び温度センサ４０ａ〜ｃを、消音機能付筐体１００の内部の冷却用ファン２０ａ〜ｃの近傍に設置したが、これに限定されない。マイク１２ａ〜ｃ及び温度センサ４０ａ〜ｃを、消音機能付筐体１００の上面や左右の側面のスピーカ台１６ａ〜ｃの近傍に設置したりすることもできる。

また、本実施形態では、スピーカ１３が設置されているスピーカ台（スピーカ台１６ａ〜ｃのいずれか１つ）の近傍に設置されているそれぞれ一つのマイク、温度センサの計測データを用いて消音パターンを選択したが、これに限定されない。例えば、スピーカ１３が設置されている場所に応じて、マイク１２ａ〜ｃからの３つの音データ、及び温度センサ４０ａ〜ｃからの３つの温度データに重み付けを行って平均値を求め、その平均値に基づき消音パターンを選択してもよい。このようにして、音データ、温度データの測定箇所を増やすことにより、消音機能付筐体１００から発生する騒音の分布を詳細に把握することができるので、精密な消音を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、スピーカ１５を１つとしたが、複数のスピーカを用いることもできる。複数のスピーカを用いることで、消音機能付筐体１００の設置位置や設置方向に対応させて、各スピーカを配置することができる。そのため、所望位置での消音をより適切に行うことができる。

以上のように、本実施形態に係る消音機能付筐体１００は、複数のマイク１２ａ〜ｃ及び複数の温度センサ４０ａ〜ｃを備える。そして、記憶部１１には各マイク１２ａ〜ｃ及び温度センサ４０ａ〜ｃに対応する消音パターンが保存されている。そのため、消音機能付筐体１００がマイク及び温度センサを複数備える場合でも、それらからの音データ、温度データを用いて、複雑な演算をすることなく、最適な消音パターンを簡単に選択することができる。従って、消音機能付筐体１００の設置位置や設置方向に応じて、マイク及び温度センサを選択し、それらからの音データ、温度データを用いて、適切な消音パターンを選択することができる。

また、複数のスピーカ設置台１６ａ〜ｃを設け、消音機能付筐体１００の設置場所や消音したい場所等に応じてスピーカ１３の設置位置を選択できるようにしたので、消音機能付筐体１００の使用環境に柔軟に対応することができる。

本発明に係る消音機能付筐体の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る消音機能付筐体１００の能動消音装置１０は、消音パターン作成機能を備えることを特徴とする。図５に本実施形態に係る消音機能付筐体１００の概略構成を示す。

本実施形態において、消音機能付筐体１００は、能動消音装置１０、冷却用ファン２０ｄ〜ｆ、発熱部品３０、温度センサ４０ｄ〜ｆ、マイク５０ａ〜ｃ及び保守端末６０を搭載している。

発熱部品３０は、ＣＰＵや発光体を備える電子部品等であり、駆動時に熱を発する。温度センサ４０ｄ〜ｆは、それぞれ冷却用ファン２０ｄ〜ｆの近傍に設置され、消音機能付筐体１００内部の温度を計測している。冷却用ファン２０ｄ〜ｆは、消音機能付筐体１００内部の背面上方に設置されている。

本実施形態において、冷却用ファン２０ｄ〜ｆは、温度センサ４０ｄ〜ｆの計測結果に応じて駆動され、主に発熱部品３０等を冷却する。また、温度センサ４０ｄ〜ｆは、計測した筐体内温度データを能動消音装置１０へ伝達している。

マイク５０ａ〜ｃは、消音パターン作成時に騒音波形を計測するものである。マイク５０ａ〜ｃで計測した一定期間部の騒音波形が、マイク１２ｄ〜ｆで計測した筐体内騒音データと温度センサ４０ｄ〜ｆで計測した筐体内温度データに対応付けられて、記憶部１１に保存される。

保守端末６０は、消音機能付筐体１００に搭載された電子機器や能動消音装置１０等を保守・監視するためにユーザが使用するパソコン等の端末であり、ブザー６１とランプ６２を備える。保守端末６０では、筐体内騒音データ、筐体内温度データ及び消音データが正常であるか否か監視している。そして、各種データの出力が途絶えたり、一定値のまま変化しない場合、また規定値を超える筐体内騒音データや筐体内温度データを検出した場合は、能動消音装置１０や冷却用ファン２０等が故障したと判断する。そして、ブザー６１を鳴らしたり、ランプ６２を点灯させて、異常が発生したことをユ−ザへ報知する。

能動消音装置１０は、３つのマイク１２ｄ〜ｆ、３つのスピーカ１３ｄ〜ｆ、２つのヒータ１７ａ〜ｂ、記憶部１１、演算部１４及び制御部１５を備える。

能動消音装置１０による消音は、実施形態１で説明した消音とほぼ同様である。すなわち、制御部１５が、マイク１２ｄ〜ｆで計測した筐体内騒音のレベルが所定のレベルを超えたことを検出すると、消音を開始する。そして、制御部１５は、マイク１２ｄ〜ｆで計測された３つの筐体内騒音データと温度センサ４０ｄ〜ｆで計測された３つの筐体内温度データを取得し、筐体内騒音データを演算部１４に伝達する。

第１の実施形態と同様に、演算部１４は、受け取った３つの筐体内騒音データについてそれぞれの振幅、周波数及び位相を演算する。そして、演算結果と筐体内温度データとを制御部１５に伝達する。そして、制御部１５は、演算部１４から受け取った３つの筐体内騒音の振幅、周波数及び位相と、３つの筐体内温度データに対応する消音パターンを記憶部１１から選択する。

ここで、本実施形態では、消音機能付筐体１００の上面と左右の側面とに設置されているスピーカ１３ｄ〜ｆからそれぞれ消音用の消音音波を出力する。従って、本実施形態の消音パターンには、３つのスピーカ１３ｄ〜ｆのそれぞれに対応する３つの消音パターンが含まれている。スピーカ１３ｄ〜ｆからそれぞれ消音用音波が出力されることで、所定位置において騒音が消音される。

次に、本実施形態の消音パターン作成機能について説明する。本実施形態では、記憶部１１には消音パターン作成用のプログラムが保存されている。

先ず最初に、ユーザが消音パターン作成機能を作動させるための入力を行うと、制御部１５は、その入力を検知して、記憶部１１に保存されている消音パターン作成用のプログラムを呼び出す。そして、制御部１５は、消音パターン作成用のプログラムに基づいてヒータ１７ａ〜ｂを制御する。

ヒータ１７ａ〜ｂは消音パターン作成用のプログラムに基づいて熱を発生する。本実施形態では、ヒータ１７ａ〜ｂに内蔵した抵抗の抵抗値を調節することで、ヒータ１７ａ〜ｂから発せられる発熱量を変化させる。ヒータａ〜ｂから熱が発生し、筐体内の温度が変化すると、その温度に応じて冷却用ファン２０ｄ〜ｆの回転数が変化する。冷却用ファン２０ｄ〜ｆの回転数が変化すると、冷却用ファン２０ｄ〜ｆから発生する騒音も変化する。

そして、消音機能付筐体１００の上面及び左右の側面に設置されているマイク５０ａ〜ｃで、冷却用ファン２０ｄ〜ｆから発生した騒音波形を計測する。計測方法の例としては、必要な時間間隔で波形の振幅値をサンプリングするという方法がある。また、筐体内騒音をマイクｄ〜ｆで計測し、ヒータ１７ａ〜ｂから発せられた熱により設定された温度を、筐体内温度として温度センサ４０ｄ〜ｆで計測する。

制御部１５は、消音パターン作成用プログラムに従い、筐体内温度が所定の温度で一定に保たれるようにヒータ１７ａ〜ｂを制御する。
制御部１５は、マイク１２ｄ〜ｆとヒータ１７ａ〜ｂから、「筐体内騒音データ」と「筐体内温度データ」を取得して、演算部１４へ伝達する。演算部１４では、筐体内騒音の波形を特定するために演算を行い、筐体内騒音の振幅、周波数及び位相を求める。
本実施形態では、騒音源は冷却ファン２０ｄ〜ｆのみを想定しているので、振幅又は周波数を求めるのみでもよい。なぜなら、冷却ファン２０ｄ〜ｆから発生する騒音は回転数により定まるため、振幅又は周波数を求めるのみでも回転数の特定は可能で、回転数を特定できれば騒音の状態も判別できる。従って、振幅又は周波数のみを求めることにより、消音パターンを選択することもできる。

次に、制御部１５は、マイク５０ａ〜ｃの各々で計測した「騒音波形」を反転させて「消音波形」とする。ここでの「反転」とは、波形の振幅の符号を逆にすることを意味し、「位相を１８０°ずらす」、「逆相の信号に変換する」ことと同義である。そして、「消音波形」と「筐体内騒音の振幅と周波数」及び「筐体内温度データ」を対応づける。そして、制御部１５は、対応づけた結果を、データ・テーブルとして記憶部１１に保存される。このように、データ・テーブル内には、マイク５０ａ〜ｃのそれぞれに対応した３つの消音波形が、筐体内騒音及び筐体内温度に対応付けて、記憶される。この３つの消音波形はそれぞれスピーカ１３ｄ〜ｆに対応しており、実際に消音を行うときに使用するスピーカに合わせて、選択される。

制御部１５は、消音パターン作成用のプログラムに基づいて、ヒータ１７ａ、ｂを用いて筐体内温度を制御し、各筐体内温度に対応させて、上記のデータ・テーブルを作成する。すなわち、筐体内温度を変化させると、そのときの筐体内温度に応じて、冷却ファン２０ｄ〜ｆの回転数が変化し、騒音波形及び筐体内騒音が変化するので、制御部１５は、そのときの騒音波形から消音波形を生成し、データ・テーブルとして記憶部１１に記憶していく。

更に、ユーザが保守端末６０を用いて、マイク１２ｄ〜ｆで計測する筐体内騒音の振幅の下限値、すなわち能動消音を開始させる筐体内騒音レベルの大きさや周波数範囲を、適宜設定できるようにしても良い。

また、消音パターン作成用プログラムは、消音パターン生成時にＣＤ−ＲＯＭ等から制御部１５にダウンロードしても良い。更に、上記の消音パターンの生成を、能動消音装置１０で行うのではなく、保守端末６０を用いて行ってもよい。保守端末６０を用いて消音パターンを生成するときは、ヒータ１７ａ、ｂの制御、マイク１２ｄ〜ｆからの筐体内騒音データの取得と演算、及びマイク５０ａ〜ｃからの騒音波形の取得と消音波形の生成、消音波形の記憶部１１への記憶制御のすべてを保守端末６０が行う。

更に、消音パターン作成時に使用するマイク５０ａ〜ｃは、消音機能付筐体１００から数ｍ程度離れた場所に設置させることもできる。この場合は、消音機能付筐体１００にマイク５０ａ〜ｃを接続するための端子を設けておき、消音パターンの作成時に接続用端子を介して能動消音装置１０に接続する。尚、消音機能付筐体１００から離れた位置にマイク５０ａ〜ｃを設置する場合は、接続用の電線にフェライトコアなどの電磁波の放出を押さえる部品を取り付けておくことで、人体に悪影響を与えないとともに、より正確なデータを得ることができる。

以上のように、本実施形態に係る消音機能付筐体１００は、消音パターン作成機能を備えるため、例えば、消音機能付筐体１００内に新たな冷却用ファンを搭載した場合や、能動消音装置１０のマイク１２やスピーカ１３等を新しいものに交換した場合に、消音パターンを再作成させることで、引き続き効果的な能動消音を行うことができる。

また、本実施形態の消音パターン作成用プログラムは、筐体内温度に対応した所定の位相の消音パターンを作成するように作られている。従って、消音パターン作成用プログラムによって生成された消音パターンは、筐体内の温度変化にも対応することができる。

更に、本実施形態に係る消音機能付筐体１００は、各種の計測データを監視する保守端末６０を備えるので、能動消音装置１０や冷却用ファン２０等の故障を速やかに検出することができる。

ところで、消音機能付筐体１００の外部環境の変化や、冷却ファン２０ｄ〜ｆの騒音発生箇所の経年変化等が原因で、想定されていない筐体内騒音データや筐体内温度データが測定される場合も起こりうる。このような場合には、そのときの筐体内騒音データと筐体内温度データに対応した消音パターンは、記憶部１１に記憶されていない。そのような場合を想定し、以上の消音パターン作成機能を利用し、新たな消音パターンを随時追加していく「消音パターン学習機能」を実現することも可能である。このような消音パターン学習機能を実現する方法の例を次に示す。

まず、制御部１５が、通常の動作として、消音パターンを選択しようとする。このとき、必要な消音パターンが記憶部１１に記憶されていなければ、制御部１５はそのことを検知し、消音音波の出力を停止する。そして、制御部１５は、マイク５０ａ〜ｃを用いて騒音波形を計測し、その波形を反転して消音音波とし、そのときの筐体内騒音データと筐体内温度データに対応させて記憶部１１に記憶させる。つまり、消音パターンが記憶部１１に記憶されているときは通常通り消音パターンを選択して消音を行い、対応消音パターンが記憶部１１に記憶されていないときは、新しい消音パターンを記憶部１１に追加する。

これにより、筐体内騒音データと筐体内温度データは随時更新されるので、予め作成されていない筐体内騒音データや筐体内温度データが測定されるような環境においても、消音機能付筐体１００は消音動作を継続することができる。

本発明の第１の実施形態に係る消音機能付筐体１００の正面図。 本発明の第１の実施形態に係る能動消音装置１０の動作の一例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る消音機能付筐体１００のブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る消音機能付筐体１００の正面図。 本発明の第４の実施形態に係る消音機能付筐体１００の正面図。

符号の説明

１００ 消音機能付筐体
１０ 能動消音装置
１１ 記憶部
１２、１２ａ〜ｆ、５０、５０ａ〜ｃ マイク
１３、１３ｄ〜ｆ スピーカ
１４ 演算部
１５ 制御部
１６ａ〜ｃ スピーカ設置台
１７ａ、１７ｂ ヒータ
１８ 音波測定手段
２０，１２ａ〜ｆ 冷却用ファン
３０ 発熱体
４０、４０ａ〜ｆ 温度センサ
６０ 保守端末
６１ ブザー
６２ ランプ

Claims (25)

1. 第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンを記憶する記憶手段と、
   第２の位置における周囲の音の波形を周囲音波波形として測定する音波測定手段と、
   前記測定された周囲音波波形に対応する前記消音パターンを選択する消音パターン選択手段と、
   第３の位置において、前記選択された消音パターンに基づき前記消音音波を出力する音波出力手段と、
   を備えることを特徴とする消音機能付筐体。
2. 前記騒音を発生する騒音源を備え、
   前記音波測定手段は、前記第２の位置における前記騒音の波形を前記周囲音波波形として測定する
   ことを特徴とする請求項１記載の消音機能付筐体。
3. 前記騒音源は、機械的運動を行う運動体を備え、前記機械的運動の運動状態に基づき前記騒音を発生し、
   前記消音パターン選択手段は、前記測定された周囲音波波形に基づき前記運動状態に対応する前記消音パターンを選択する
   ことを特徴とする請求項２記載の消音機能付筐体。
4. 前記測定された周囲音波波形は、前記周囲の音の振幅、周波数及び位相に関する情報を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の消音機能付筐体。
5. 前記消音音波は、前記騒音と、前記第１の位置において、振幅及び周波数が等しく、位相が１８０°異なる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の消音機能付筐体。
6. 前記音波測定手段は、前記測定された周囲音波波形に基づき未測定の前記周囲音波波形を予測し、
   前記消音パターン選択手段は、前記予測された周囲音波波形に対応する前記消音パターンを選択する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の消音機能付筐体。
7. 前記第１の位置における騒音の波形を騒音波形として取得する騒音取得手段と、
   前記取得した騒音波形から、前記騒音を消音する音波波形を生成する消音音波生成手段と、
   前記音波波形を、前記測定された周囲音波波形に対応付けて前記消音パターンとして前記記憶手段に記憶させる消音パターン記憶手段
   を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の消音機能付筐体。
8. 前記消音パターン記憶手段は、前記測定された周囲音波波形に対応する前記消音パターンが存在しないとき、前記音波波形を前記記憶手段に記憶させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の消音機能付筐体。
9. 第４の位置における周囲温度を測定する温度測定手段を備え、
   前記消音パターン選択手段は、前記測定された周囲音波波形及び前記測定された周囲温度とに対応する前記消音パターンを選択する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の消音機能付筐体。
10. 前記温度測定手段は、前記測定された周囲温度に基づき未測定の前記周囲温度を予測し、
    前記前記消音パターン選択手段は、前記予測された周囲温度に対応する前記消音パターンを選択する
    ことを特徴とする請求項９記載の消音機能付筐体。
11. 第４の位置における周囲温度を設定する温度設定手段と、
    前記第４の位置における周囲温度が設定された状態において、
    前記第１の位置における前記騒音の波形を騒音波形として取得する騒音取得手段と、
    前記取得した騒音波形から、前記騒音を消音する音波波形を生成する消音音波生成手段と、
    前記音波波形を、前記測定された周囲音波波形及び前記設定された周囲温度に対応付けて前記消音パターンとして前記記憶手段に記憶させる消音パターン記憶手段
    を備えることを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載の消音機能付筐体。
12. 前記消音パターン記憶手段は、前記測定された周囲音波波形または前記測定された周囲温度に対応する前記消音パターンが存在しないとき、前記取得した騒音波形を前記記憶手段に記憶させる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の消音機能付筐体。
13. 前記測定された周囲音波波形または前記測定された周囲温度が異常となった場合に警告を行う監視手段を備える請求項９乃至１２のいずれかに記載の消音機能付筐体。
14. 機械的運動を行う運動体を備え、前記機械的運動の運動状態に基づき騒音を発生する騒音源と、
    前記運動状態を検出する運動状態検出手段と、
    第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンを記憶する記憶手段と、
    前記検出された運動状態に対応する前記消音パターンを選択する消音パターン選択手段と、
    第３の位置において、前記選択された消音パターンに基づき前記消音音波を出力する音波出力手段と、
    を備えることを特徴とする消音機能付筐体。
15. 第２の位置において、周囲の音の波形である周囲音波波形を測定するステップと、
    第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンであって、前記測定された周囲音波波形に対応する前記消音パターンを選択するステップと、
    第３の位置において、前記選択された消音パターンに基づき前記消音音波を出力するステップと、
    を備えることを特徴とする消音方法。
16. 機械的運動を行う運動体を備え、前記機械的運動の運動状態に基づき前記騒音を発生する騒音源の、前記運動状態を、前記周囲音波形に基づき判別するステップと、
    前記運動状態に対応する前記消音パターンを選択するステップ
    を備えることを特徴とする請求項１５記載の消音方法。
17. 前記測定された周囲音波波形に基づき未測定の前記周囲音波波形を予測するステップと、
    前記予測された周囲音波波形に対応する前記消音パターンを選択するステップと、
    を備えることを特徴とする請求項１５又は１６のいずれかに記載の消音方法。
18. 前記測定された周囲音波波形に対応する前記消音パターンが存在しないとき、前記第１の位置における騒音の波形を騒音波形として取得するステップと、
    前記取得した騒音波形から、前記騒音を消音する音波波形を生成するステップと、
    前記音波波形を、前記測定された周囲音波波形に対応付けて、前記消音パターンとして記憶するステップと、
    を備える特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の消音方法。
19. 第４の位置における周囲温度を測定するステップを含み、
    前記消音パターンを選択するステップは、前記測定された周囲音波波形及び前記測定された周囲温度とに対応する前記消音パターンを選択することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の消音方法。
20. 前記測定された周囲温度に基づき未測定の周囲温度を予測するステップと、
    前記予測された周囲温度に対応する前記消音パターンを選択するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の消音方法。
21. 前記測定された周囲音波波形または前記測定された周囲温度に対応する前記消音パターンが存在しないとき、前記第１の位置における騒音の波形を騒音波形として取得するステップと、
    前記取得した騒音波形から、前記騒音を消音する音波波形を生成するステップと、
    前記音波波形を、前記測定された周囲音波波形及び前記測定された周囲温度に対応付けて、前記消音パターンとして記憶するステップと、
    を備えることを特徴とする請求項１９又は２０のいずれかに記載の消音方法。
22. 前記測定された周囲音波波形または前記測定された周囲温度が異常となった場合に警告を行うステップを含む
    ことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれかに記載の消音方法。
23. 機械的運動を行う運動体を備え、前記機械的運動の運動状態に基づき前記騒音を発生する騒音源の、前記運動状態を検出するステップと、
    第１の位置における騒音を消音する消音音波の波形である消音パターンであって、前記検出された運動状態に対応する前記消音パターンを選択するステップと、
    第３の位置において、前記選択された消音パターンに基づき前記消音音波を出力するステップと、
    を備えることを特徴とする消音方法。
24. 第２の位置において、周囲の音の波形である周囲音波波形を測定するステップと、
    第１の位置における騒音の波形を騒音波形として取得するステップと、
    前記取得した騒音波形から、前記騒音を消音する音波波形を生成するステップと、
    前記生成した音波波形を、前記測定された周囲音波波形に対応付けて消音パターンとして記憶するステップと、
    を含むことを特徴とする消音パターン生成方法。
25. 第４の位置における周囲温度を設定するステップと、
    前記第４の位置における周囲温度が設定された状態において、第１の位置における前記騒音の波形を騒音波形として取得するステップと、
    前記取得した騒音波形から、前記騒音を消音する音波波形を生成するステップと、
    前記生成した音波波形を、前記測定された周囲音波波形及び前記設定された周囲温度に対応付けて前記消音パターンとして記憶するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項２４記載の消音パターン生成方法。

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