JP2010509555A - Active control of an acoustic cooling system. - Google Patents
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Abstract
音波を生成することによる冷却のための第1のトランスデューサ3と、音波を生成することによる冷却のための第2のトランスデューサ4と、音響冷却システムによって生成される雑音に対する相殺信号を生成する信号処理ユニット6とを有する前記音響冷却システムである。第2のトランスデューサ4は、前記相殺信号を、少なくとも部分的に前記雑音を相殺する音に変換する。 Signal processing for generating a cancellation signal for noise generated by a first transducer 3 for cooling by generating sound waves, a second transducer 4 for cooling by generating sound waves, and an acoustic cooling system The acoustic cooling system having the unit 6. The second transducer 4 converts the cancellation signal into a sound that at least partially cancels the noise.
Description
本発明は、共振冷却システム、即ち共振させられる冷却システムであって、これにより冷却されるべき対象に向かって指向されることができる脈動空気流を生じる冷却システムに関する。 The present invention relates to a resonant cooling system, ie a cooling system that is resonated, thereby producing a pulsating air flow that can be directed towards an object to be cooled.
今日、例えば、電気部品が音響共振システムにより冷却される場合における技術が、存在する。この種のシステムで最も重要な構成要素は、例えば圧電素子、PVDF(ポリビニルイジンジフルオリド)材、ラウドスピーカー又は他の何らかの電磁的又は静電トランスデューサのような、音響トランスデューサである。トランスデューサが、例えば、開口共振パイプ又は管又はヘルムホルツ共振器のような、共振器に接続されている場合、脈動空気流が生成される。 Today, for example, technology exists in the case where electrical components are cooled by an acoustic resonance system. The most important component of this type of system is an acoustic transducer, such as a piezoelectric element, PVDF (polyvinylidine difluoride) material, a loudspeaker or some other electromagnetic or electrostatic transducer. If the transducer is connected to a resonator, such as an open resonant pipe or tube or a Helmholtz resonator, a pulsating air flow is generated.
この空気流は、冷却目的のために、例えば電子回路及びシステムにおいて又は発光体において、使用されている。脈動気流は、従来の冷却技術を使用する場合に得られていた層状気流よりも、冷却に効果的である。 This air stream is used for cooling purposes, for example in electronic circuits and systems or in light emitters. The pulsating airflow is more effective for cooling than the laminar airflow obtained when the conventional cooling technique is used.
音響共振冷却器の便利な出力は、共振器の放出口における乱気流である。これらが、実際の冷却をもたらす。しかしながら、やむを得ず、多少の周期的な空気の移動もいくらか残っており、我々は、これを音として又はより詳細には雑音として知覚する。 A convenient output of an acoustic resonant cooler is turbulence at the outlet of the resonator. These provide the actual cooling. However, unavoidably, some periodic air movement remains, and we perceive this as sound or more particularly as noise.
米国特許第6、625、285号には、雑音低減機能を備えた音響冷却システムが開示されている。当該冷却システムは、冷却器として作用する音響駆動素子を駆動するための入力値を供給する温度及び圧力センサを備えている。当該システムが作動されて、システムを冷やす場合、マイクロフォンにより検出される雑音が生じる。検出された前記雑音は、次いで、システムによって生じた前記雑音を相殺する音を生じるラウドスピーカーのための駆動パラメータを決定するのに使用される。 US Pat. No. 6,625,285 discloses an acoustic cooling system with a noise reduction function. The cooling system includes a temperature and pressure sensor that provides input values for driving an acoustic drive element that acts as a cooler. When the system is activated to cool the system, noise is detected by the microphone. The detected noise is then used to determine drive parameters for a loudspeaker that produces a sound that cancels the noise generated by the system.
本発明の目的は、上記の技術および従来技術の改善を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide an improvement over the above and prior art techniques.
詳細な目的は、暖かい対象を効率的に冷却できると共に、当該システムの雑音レベルも低レベルに保持できる音響冷却システムを提供することにある。 A detailed object is to provide an acoustic cooling system that can efficiently cool warm objects and also keep the noise level of the system at a low level.
従って、音波を生成することによって冷却する第1のトランスデューサと、音波を生成することによって冷却する第2のトランスデューサとを有する音響冷却システムが提供される。信号処理ユニットは、音響冷却システムによって生成される雑音に対する相殺信号を生成し、前記第2のトランスデューサは、前記相殺信号を、少なくとも部分的に前記雑音を相殺する音に変換する。 Accordingly, an acoustic cooling system is provided having a first transducer that cools by generating sound waves and a second transducer that cools by generating sound waves. The signal processing unit generates a cancellation signal for the noise generated by the acoustic cooling system, and the second transducer converts the cancellation signal into a sound that at least partially cancels the noise.
本発明の冷却システムは、いかなる複雑な雑音低減手段も組み込むことを必要とせずに、雑音が低減されるという点において、有利である。むしろ、雑音の相殺も、冷却を実行する構成要素によって実施される。好ましくは、それぞれのトランスデューサのための音波は、流体として発生し、好ましくは、雑音は完全に相殺される。 The cooling system of the present invention is advantageous in that noise is reduced without requiring the incorporation of any complex noise reduction means. Rather, noise cancellation is also performed by the component that performs the cooling. Preferably, the sound waves for each transducer are generated as a fluid and preferably the noise is completely cancelled.
当該音響冷却システムは、音響冷却システムによって生成される雑音を検出する雑音検出器であって、検出された雑音信号を信号処理ユニットに供給する雑音検出器を有し得て、動的な雑音相殺が達成され得る点において有利である。 The acoustic cooling system may include a noise detector for detecting noise generated by the acoustic cooling system, the noise detector supplying a detected noise signal to the signal processing unit, and dynamic noise cancellation Is advantageous in that can be achieved.
前記信号処理ユニットは、所定の相殺信号を生成しても良く、より単純な冷却システムが使用され得るという点において有利である。 The signal processing unit may generate a predetermined cancellation signal, which is advantageous in that a simpler cooling system can be used.
各トランスデューサは、所望の共振が脈動気流ごとに得られ得ることにおいて有利である共振器を、有し得る。 Each transducer may have a resonator that is advantageous in that the desired resonance can be obtained for each pulsating airflow.
前記第2のトランスデューサは、前記第1のトランスデューサを励起している信号の非線形処理によって得られる信号によって励起されることができ、前記トランスデューサの非線形性を扱うという可能性を提供し、即ち前記第1のトランスデューサのための駆動値の基本周波数の倍音(harmonics)における信号成分を有する雑音相殺することが可能である。 The second transducer can be excited by a signal obtained by nonlinear processing of the signal exciting the first transducer and offers the possibility of dealing with the nonlinearity of the transducer, ie the first It is possible to cancel noise with signal components in the harmonics of the fundamental frequency of the drive value for one transducer.
前記第2のトランスデューサの駆動電力は、前記第1のトランスデューサの駆動電力に実質的に対応し得て、前記第2のトランスデューサの単純かつ効率的な制御を提供する。前記駆動電力が前記トランスデューサにより発揮される冷却を生成するために使用される電力であると理解される。 The drive power of the second transducer can substantially correspond to the drive power of the first transducer, providing simple and efficient control of the second transducer. It will be understood that the drive power is the power used to generate the cooling exerted by the transducer.
前記共振器はほぼ平行な方向に延在し得て、又は前記共振器は、前記冷却システムの多用途かつ柔軟な構成を提供するために、ほぼ反対の方向を向いている対応する開口を備えて配され得る。 The resonators can extend in a generally parallel direction, or the resonators have corresponding openings that are oriented in generally opposite directions to provide a versatile and flexible configuration of the cooling system. Can be arranged.
本発明の他の見地によれば、音響冷却システムを駆動する方法であって、冷却する第1のトランスデューサによって、音波を生成するステップと、冷却する第2のトランスデューサによって、音波を生成するステップと、信号処理ユニットによって、前記音響冷却システムによって生成される雑音に対する相殺信号を生成するステップと、前記第2のトランスデューサによって、前記相殺信号を少なくとも部分的に前記雑音を相殺する音に変換するステップと、を有する方法が、提供される。 According to another aspect of the present invention, a method of driving an acoustic cooling system, the step of generating sound waves with a first transducer to cool, and the step of generating sound waves with a second transducer to cool. Generating a cancellation signal for noise generated by the acoustic cooling system by a signal processing unit; and converting the cancellation signal into sound that at least partially cancels the noise by the second transducer; Are provided.
当該方法は、雑音検出器によって、前記音響冷却システムにより生成される前記雑音を検出するステップをさらに有し得る。 The method may further comprise detecting the noise generated by the acoustic cooling system with a noise detector.
当該方法は、前記信号処理ユニットのための所定の相殺信号を供給するステップも含み得る。 The method may also include providing a predetermined cancellation signal for the signal processing unit.
本発明の方法は、それぞれの共振器によって、各トランスデューサからの音波を指向するステップを更に含み得る。 The method of the present invention may further include directing acoustic waves from each transducer by a respective resonator.
本発明の方法は、本発明の冷却システムに関連して上述された特徴の何れかを組み込むことができ、同じ対応する効果がある点に留意する必要がある。前記トランスデューサにより生成される音は、もちろん、いかなる適切な周波数も有することができる。 It should be noted that the method of the present invention can incorporate any of the features described above in connection with the cooling system of the present invention and has the same corresponding effect. The sound produced by the transducer can of course have any suitable frequency.
本発明の実施例は、今、例として、添付の概略図を参照して記載される。 Embodiments of the present invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying schematic drawings.
図1は、2つのトランスデューサ3、4を備える音響冷却システム1を図示している。各トランスデューサ3、4は、冷却のための音波を生成しており、それぞれの開口部10、11を備えているそれぞれの音響共振器7、8を有している。図1の実施例において、共振器7、8は、互いに平行に配されている。信号発生器13は、第1のトランスデューサ3に正弦波駆動信号S1を送り、同じ信号S1が、非線形回路14及び信号処理ユニット6を介して、前記第2のトランスデューサに送られる。
FIG. 1 illustrates an acoustic cooling system 1 comprising two
開口10、11は、典型的には、冷やされるべき暖かい対象(図示せず)に向けて指向されて配置されており、温度センサ(図示せず)は、入力値を、駆動信号S1のレベル、すなわちシステム1により発揮されるべき冷却のレベルの決定のための信号発生器13に供給する。
The
システム1が作動されている場合、雑音が、通常、生成され、前記雑音は雑音検出器5又はマイクロフォンにより検出される。検出された前記雑音は、信号εとして信号処理ユニット6に送られる。
When the system 1 is activated, noise is usually generated and the noise is detected by a noise detector 5 or a microphone. The detected noise is sent to the
信号発生器13から非線形回路14まで送られる信号S1は、非線形回路14によって、S1の倍音周波数成分を含む信号S'1に変換される。
S'1は、例えば、周期的なパルス形信号または「鋸歯」信号でもよい。
The signal S1 sent from the
S′1 may be, for example, a periodic pulsed signal or a “sawtooth” signal.
もちろん、前記信号のうちの1つから得られる音が、他の信号から得られる音を相殺できる限り、信号S1およびS'1を生成するいかなる適切な方法も使用されることができる。 Of course, any suitable method of generating the signals S1 and S′1 can be used as long as the sound obtained from one of the signals can cancel the sound obtained from the other signal.
例えば、2つの信号S1およびS'1は、値をsin(0)からsin(2π)にわたっている値を有するルックアップテーブルから検索することにより生成されることができる。各信号は、前記ルックアップテーブルを繰り返し横断するそれぞれのポインタと関連付けられており、前記ポインタが異なっているので、位相シフトされた正弦波信号が生成される。前記ポインタのうちの1つを、例えば、他の前記ポインタの速度の2倍で前記ルックアップテーブルを横断させることも可能であり、結果として、2つの倍音信号を生じる。 For example, the two signals S1 and S′1 can be generated by searching from a look-up table having values ranging from sin (0) to sin (2π). Each signal is associated with a respective pointer that repeatedly traverses the lookup table, and since the pointers are different, a phase shifted sine wave signal is generated. One of the pointers can be traversed through the lookup table, for example at twice the speed of the other pointer, resulting in two overtone signals.
他の変形において、2つの信号S1およびS'1は、サイン/コサイン発生器を使用し、それぞれの角度値を各信号S1,S'1に割り当てることによって、生成される。このことにより、2つの入力値を適応させることのみによって、前記信号のための任意の位相を生成できるようになる。もちろん、位相シフトされている又は倍音の信号がS1,S'1の信号を生成するための他の何らかの適切な三角法の公式を使用することも可能である。 In another variant, the two signals S1 and S′1 are generated by using a sine / cosine generator and assigning respective angle values to each signal S1, S′1. This makes it possible to generate an arbitrary phase for the signal only by adapting the two input values. Of course, it is also possible to use any other suitable trigonometric formula for generating a S1, S′1 signal whose phase shifted or overtone signal.
信号処理ユニット6は、雑音信号εと信号S'1との間の相関を最小にすることによって、S'1を適応的にフィルタリングする適応制御要素9を有している。次いで、得られた信号S''1は、雑音検出器5により検出される雑音を相殺する共に冷却を実施するように第2の変換器4を駆動するために使用される。
The
即ち、 前記信号S'1は適応フィルタでフィルタリングされ、この正確な伝達関数は、マイクロフォンの出力信号εにより決定される。適応化の基準は、εとS'1との間の相関をできるだけ小さくすることである。これは、(アナログか又はデジタルかの何れかの)適応フィルタリングの分野において、知られている手順である。これは、任意に選択されることができる様々な方法で実行されることができる。εをできるだけ小さくすることにより、前記マイクロフォンの位置における、元の音響励起信号の残り(これは、望まれていない雑音を生じる)は最小化され、望まれていない雑音は、かなり低減される。 That is, the signal S′1 is filtered by an adaptive filter, and the exact transfer function is determined by the output signal ε of the microphone. The criterion for adaptation is to make the correlation between ε and S′1 as small as possible. This is a known procedure in the field of adaptive filtering (either analog or digital). This can be performed in various ways that can be arbitrarily selected. By making ε as small as possible, the remainder of the original acoustic excitation signal at the microphone location (which results in unwanted noise) is minimized and unwanted noise is significantly reduced.
前記音響波の比較的大きい波長(典型的には、大気に関して、1kHzにおける34cm)のため、雑音検出器5の正確な位置における完全な雑音相殺が、共振器放出口10、11から、より大きな距離における改良されたノイズ特性もたらす。
Due to the relatively large wavelength of the acoustic wave (typically 34 cm at 1 kHz with respect to the atmosphere), complete noise cancellation at the exact location of the noise detector 5 is greater from the
好ましくは、第2のトランスデューサ4は、冷却出力の観点から、第1のトランスデューサ3に「続いて」いる。第1のトランスデューサ3が、如何なる理由であっても、よりしっかりと働き始めた場合、第2のトランスデューサ4は、自動的に同じように働く。このことは、第1のトランスデューサ3の冷却動作が、冷却されるべき対象の前記実際の温度に依存して(例えば温度センサを介して)なされる場合、第2のトランスデューサ4が、これに応じて、自身の冷却動作を自動的に適応化することを意味する。
Preferably, the
1つの変形において、雑音検出器5が除かれており、この場合、雑音相殺信号のための所定のパラメータは、信号処理ユニット6に格納されている。これらのパラメータの決定は、好ましくは、例えば、システム1からの特定の距離における一時的なマイクロフォンを使用し、前記一時的なマイクロフォンの位置における雑音が相殺されるように前記パラメータを決定することによって、冷却システム1の組立ての間に実行される。
In one variant, the noise detector 5 is omitted, in which case the predetermined parameters for the noise cancellation signal are stored in the
図2は、図1と同じ構成要素が同じ符号を有している第2実施例を図示している。ここで、共振器7、8は、これらの開口10、11が反対方向を向いて配されており、雑音検出器5は、共振器7、8の側部に配されている。
FIG. 2 illustrates a second embodiment in which the same components as in FIG. 1 have the same reference numerals. Here, the
実際には、冷却システム1の詳細な用途(特に、この物理的形状及び冷却されるべき対象の位置)が、前記トランスデューサ/共振器のどの配置が最も適切であるかを決定する。 In practice, the detailed application of the cooling system 1 (especially its physical shape and the location of the object to be cooled) will determine which arrangement of the transducer / resonator is most appropriate.
いかなる適切な雑音相殺の方法の原理も、本発明の範囲を逸脱することなく使用されることができる点に留意する必要がある。 It should be noted that any suitable noise cancellation method principle can be used without departing from the scope of the present invention.
当該システムが2つのトランスデューサを有すると記載されている場合であっても、前記トランスデューサのうちの少なくとも1つが、雑音の相殺及び冷却の提供の両方をするように構成されている限り、任意の適切な数のトランスデューサが使用されることができる。 Even if the system is described as having two transducers, as long as at least one of the transducers is configured to both cancel noise and provide cooling, any suitable Any number of transducers can be used.
好ましくは、2つのトランスデューサ3、4は、流体(例えば空気)の音波を生成するが、前記音波はいかなる適切な媒体においても生成されることができる。
Preferably, the two
Claims (12)
冷却のための第2のトランスデューサによって、音波を生成するステップと、
信号処理ユニットによって、前記音響冷却システムによって生成される雑音に対する相殺信号を生成するステップと、
前記第2のトランスデューサによって、前記相殺信号を少なくとも部分的に前記雑音を相殺する音に変換するステップと、
を有する音響冷却システムを駆動する方法。 Generating a sound wave by a first transducer for cooling;
Generating sound waves by a second transducer for cooling;
Generating a cancellation signal for noise generated by the acoustic cooling system by a signal processing unit;
Converting the cancellation signal into a sound that at least partially cancels the noise by the second transducer;
A method of driving an acoustic cooling system comprising:
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