JP2011227502A - エアハンドリングユニットにおけるアクティブ音響減衰方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】受動的な音響減衰装置は空気流の方向に対して所定の方向に騒音伝達に影響与えるので、エアハンドリングシステム内の音響減衰を能動的に提供する。
【解決手段】エアハンドリングシステムにより発生される騒音を制御するシステム及び方法が提供される。エアハンドリングシステムから音響測定値を収集するソースマイクロフォン及び音響測定値を少なくとも部分的に相殺する相殺信号を決定するプロセッサを含む。相殺信号を発生するスピーカも含む。音響測定値は相殺領域内で少なくとも部分的に相殺される。相殺領域において応答音響測定値を収集する応答マイクロフォンを更に含むことができる。前記プロセッサは応答音響測定値に基づいて相殺信号を調整する。
【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本願は、2010年4月15日に出願された「METHOD AND SYSTEM FOR ACTIVE SOUND ATTENATION IN AN AIR HANDLING UNIT」なる名称の米国特許仮出願第61/324,643号に関し、その優先権を主張するものであり、この仮出願は参照することによりその全内容が本明細書に援用される。

本発明はエアハンドリングユニット、より具体的にはエアハンドリングユニットにおけるアクティブ（能動的）音響減衰方法及びシステムに関する。

エアハンドリングシステム（エアハンドラともいう）は伝統的にビルディングや部屋（以後「建造物」という）を空調するのに使用されている。エアハンドリングシステムは種々のコンポーネントを含むことができ、例えば、冷却コイル、加熱コイル、フィルタ、加湿器、ファン、音響減衰器、コントローラ及び建造物の総合空気調整要件の全部又は一部のみを代表する規定の空気容量を少なくとも満すように機能する他の装置を含むことができる。エアハンドリングシステムは規定の空気容量を満すために工場で製造し、建造物に運び、設置することができ、また適切な装置を用いて現場で組み立てることもできる。エアハンドリングシステムのエアハンドリングコンポーネントはファン吸込みコーン及び放出プレナムを含む。エアハンドリングコンポーネント内には、吸込みコーン、ファン、モータ、ファンフレーム及びファンの機能と関連する付属品（例えば、ダンパ、コントローラ、セトリング手段及び関連するキャビネット）を含むファンユニットが設置される。ファンは少なくとも一つの羽根を有するファンホイールを含む。ファンホイールは、ファイホイールの外周の一側から他側まで測ったファンホイール直径を有する。高さ、幅及び空気路長等のエアハンドリングコンポーネントの寸法は選択したファンのタイプごとにファン製造者のデータを調べて決定される。

動作中、各ファンユニットは種々の周波数の音を発生する。特に、小型のファンユニットは典型的には高い可聴周波数でより多くの音響パワーを放出するが、大型のファンユニットは低い可聴周波数でより多くの音響パワーを放出する。これまで、騒音伝達を阻止又は低減するタイル又は防音壁等で受動的な音響減衰を提供する装置が提案されている。音響タイルはファンユニットの反射音波及び残響を弱める軟質表面を含む。

しかし、受動的な音響減衰装置は一般に空気流の方向に対して所定の方向にて騒音伝達に影響を与える。

エアハンドリングシステム内の音響減衰を提供する改良されたシステム及び方法が依然として必要とされている。

一実施例では、エアハンドリングシステムにより発生される騒音を制御する方法が提供される。この方法は、エアハンドリングシステムから音響測定値を収集し、音響測定値は音響パラメータにより特定される。音響パラメータの値は収集された音響測定値に基づいて決定される。相殺信号を決定するために音響パラメータのオフセット値が計算され、この相殺信号はその発生時に音響測定値を少なくとも部分的に相殺する。音響パラメータは音響測定値の周波数及び振幅を含むことができる。必要に応じ、相殺信号は音響パラメータと反対の位相及び一致する振幅を含むものとし得る。必要に応じ、応答音響測定値を相殺領域で収集し、相殺信号を応答音響測定値に基づいて調整することができる。

別の実施例では、エアハンドリングシステムにより発生される騒音を制御するシステムが提供される。本システムは、エアハンドリングシステムから音響測定値を収集するソースマイクロフォン及び音響測定値を少なくとも部分的に相殺する相殺信号を決定するプロセッサを含む。本システムは相殺信号を発生するスピーカも含む。必要に応じ、スピーカは相殺信号を音響測定値と反対の方向に発生し得る。必要に応じ、音響測定値は相殺領域内で少なくとも部分的に相殺され、本システムは相殺領域において応答音響測定値を収集する応答マイクロフォンを更に含むことができる。必要に応じ、前記プロセッサは応答音響測定値に基づいて相殺信号を調整することができる。

別の実施例では、エアハンドリングシステム用のファンユニットが提供される。このファンユニットはファンユニットからの音響測定値を収集するソースマイクロフォンを含む。音響測定値を少なくとも部分的に相殺する相殺信号を決定するモジュールも含む。相殺信号を発生するスピーカも含む。

一実施例によるエアハンドラの斜視図である。 一実施例によるファンアレイのスタックの斜視図である。 一実施例によるファンユニットの概略図である。 一実施例によるダイナミック帰還ループ方法のフローチャートである。 一実施例によるアクティブ音響減衰方法のフローチャートである。 図５のアクティブ音響減衰方法に対応するピクトリアルグラフィックである。 一実施例によるファンユニットの概略図である。 一実施例による吸込みコーンの断面図である。 一実施例によるファンユニットの概略図である。 一実施例によるアクティブ−パッシブ音響減衰器の概略図である。 一実施例により減衰される騒音周波数を示す図である。 一実施例により形成される吸込みコーンの側面図である。 一実施例により形成されるファンユニットの側面図である。 一実施例により形成されるファンユニットの正面斜視図である。 内臓マイクロフォンを有する、一実施例により形成されるファンユニットの正面斜視図である。

上述の発明の概要及び所定の実施例に関する以下の詳細な説明は添付図面を関連して読むとよく理解される。図が種々の実施例の機能ブロック図を示す限り、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の区分を示さない。従って、例えば、一つ以上の機能ブロック（例えば、プロセッサ又はメモリ）はシングルピースのハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサ又はランダムアクセスメモリ、ハードディスク等）又はマルチピースのハードウェアで実現することができる。同様に、プログラムはスタンドアロンプログラムとすること、オペレーティングシステム内にサブルーチンとして組み込むこと、インストールソフトウェアパッケージ内の機能とすること等が可能である。種々の実施例は図面に示す構成及び手段に限定されないこともちろんである。

本明細書で使用されている、単数形で述べる要素又はステップは、特に断らない限り、複数の要素を除外するものではない。更に、「一実施例」への言及は、列挙された特徴を含む追加の実施例の存在を除外することを意図するものでない。更に、特に断らない限り、特定の特性を有する一つの要素又は複数の要素を「含む」、「備える」又は「有する」実施例は、該特性を有しない追加の要素を含むことができるものと理解されたい。

図１は、本発明の一実施例によるファンアレイエアハンドリングシステムを用いる処理システム２００を示す。システム２００は空気を受け取る吸込み口２０２を含む。空気を加熱する加熱セクション２０６を含み、その後にエアハンドリングセクション２０８が続く。エアハンドリングセクション２０８の下流に加湿器セクション２１０が位置する。加湿器セクション２１０は空気を加湿及び／又は除湿する。空気を冷却するために、加湿器セクション２１０の下流に冷却コイルセクション２１２及び２１４が位置する。空気をろ過するために、冷却コイルセクション２１４の下流にフィルタセクション２１６が位置する。これらのセクションは配列順序を変えることができ、また除去することもできる。追加のセクションを含めることもできる。

エアハンドリングセクション２０８は、フレーム２２４の一部を構成する隔壁２２５により互いに分離された吸込みプレナム２１８及び排出プレナム２２０を含む。ファン吸込みコーン２２２は隔壁２２５に取り付けることができる。或いはまた、ファン吸込みコーン２２２は、エアハンドリングセクション２０８のフレーム２２４の隔壁２２５に近接して位置する又は離れて位置する懸垂支持位置に、フレーム２２４によって支持することもできる。ファン２２６は個々の対応するモータ２２８の駆動軸に装着される。各ファン２２６及び対応するモータ２２８は個々のファンユニット２３２の一つを形成し、個別のチャンバ２３０内に収容される。チャンバ２３０は図に示されるように互いに一列に垂直に積み重ねられる。必要に応じ、各列にもっと少数のチャンバ２３０を設けることもできる。一列以上のチャンバ２３０を互いに隣接させて単一のエアハンドリングセクション２０８内に設けることもできる。

図２は、チャンバ２３０及びその中の対応するファンユニット２３２の列２５０の側面斜視図を示す。フレーム２２４は各チャンバ２３０の上端縁、下端縁及び側端縁に沿って水平及び垂直に延在する縁桁２５２を含む。ファンユニット２３２の少なくとも一部分の対向側面に側面パネル２５４が設けられる。ファンユニット２３２の少なくとも一部分の上面及び底面に上面及び底面パネル２５６及び２５８が設けられる。各ファンユニット２３２の上面及び底面に上面及び底面パネル２５６を設けることができる。或いはまた、最上部のファンユニット２３２のみ及び／又は最低部のファンユニット２３２のみにパネル２５６を設けることもできる。モータは縁桁２５２に固定されたブラケット２６０に装着される。ファン２２６は側面が開いたプレナムファンであり、空気をファンの回転軸に沿って吸込み、その空気を回転軸を中心に矢印の方向２６２に放射状に放出する。その後空気は各チャンバ２３０の放出端から矢印２６６の方向に流れる。

上面、底面及び側面パネル２５６，２５８及び２５４は、所定の容積及び長さを有するチャンバを形成する寸法にされた高さ２５５、幅２５７及び長さ２５３を有する。図２は、長さ２５３がファン２２６及びモータ２２８の長さに対応することを示す。必要に応じ、各チャンバ２３０の長さ２５３は、上面、底面及び側面パネル２５６，２５８及び２５４がモータ２２８の下流側端２５９を越えて延長するように、ファン２２６及びモータ２２８の長さより長くすることができる。例えば、パネル２５４，２５６及び２５８はモータ２２８の下流側端２５９を越えて、括弧２５３Ａで示す距離だけ、延長することができる。

図３は個別のファンユニット２３２の概略図である。ファンユニット２３２はモータ２２８により駆動されるファン２２６を含む。吸込みコーン２２２はファン２２６の上流側に結合され、中心軸線２６３を含む。ファンユニット２３２は上流域２６０及び下流域２６２を含む。モータコントローラ２６４はモータ２２８に近接して定置される。必要に応じ、モータコントローラ２６４は、図２に示すように上面、底面及び側面パネル２５６，２５８及び２５４の一つに近接して定置することもできる。

動作中、モータ２２８はファン２２６を回転させて吸込みプレナム２６１から吸込みコーン２２２を経て空気を吸い込み、下流域２６２へ放出する。空気流に関して、「上流」はファン２２６から吸込みコーン２２２へ移動することと定義され、「下流」は吸込みコーン２２２からファン２２６へ移動することと定義される点に注意されたい。モータコントローラ２６４はファンユニット２３２を通過する空気流の量を増減するためにファン２２６の速度を調整することができる。騒音はファンユニット２３２から上流域２６０及び下流域２６２の両領域を移動しうる。騒音は特にファン２２６又はモータ２２８の振動又は摩擦により発生されるファン騒音を含み得る。騒音はファンユニット２３２の外部で発生される環境騒音も含み得る。ファン騒音も環境騒音も、周波数、波長、周期、振幅、強度、速度及び方向を含む音響パラメータを有する。騒音は騒音ベクトル２６６で移動する。

ファンユニット２３２は、アクティブ相殺領域２６８内でファン騒音を低減するためにアクティブ音響減衰システムを含む。アクティブ相殺領域２６８は吸込みコーン２２２のスロート２６９内にある。模範的な実施例では、アクティブ相殺領域２６８は上流域２６０内に位置する。必要に応じ、 アクティブ相殺領域は下流域２６２内に位置させることもできる。アクティブ音響減衰システムは相殺的干渉を用いて音響パラメータの任意の一つをほぼゼロに低減させることができる。相殺的干渉は、もとの音響波形を除去するためにもとの音響波形にある音響波形を重畳してもとの波形の音響パラメータの一つを除去することによって達成される。模範的な実施例では、騒音ベクトル２６６の振幅が低減もしくはほぼ除去される。必要に応じ、騒音ベクトル２６６の音響パラメータのいずれかを除去することができる。

アクティブ音響減衰システムは、ソースマイクロフォン２７０、応答マイクロフォン２７２、スピーカ２７４及び減衰モジュール２７６によって達成される。ソースマイクロフォン２７０は吸込みコーン２２２内に定置される。ソースマイクロフォン２７０は騒音ベクトル２６６を検出するように構成される。騒音ベクトル２６６を検出するステップは音響パラメータを有する音響測定値を取得することを含む。例えば、音響パラメータを決定するために騒音ベクトル２６６の音圧を検出することができる。ソースマイクロフォン２７０は吸込みコーン２２２とファン２２６の接合部２７８に定置することができる。必要に応じ、ソースマイクロフォン２７０は吸込みコーン２２２の任意の部分に沿って又は吸込みコーン２２２の上流に定置することもできる。模範的な実施例では、ソースマイクロフォン２７０は吸込みコーン２２２を流れる空気流の乱れを低減するために吸込みコーン２２２の表面２８０と同一表面に位置する。必要に応じ、ソースマイクロフォン２７０はブーム又はブラケットで中心軸線２６３の延長線上に位置させることもできる。

模範的な実施例では、ソースマイクロフォン２７０は環境騒音に対してバイアスを与えるように構成されたマイクロフォン対を含む。必要に応じ、ソースマイクロフォンは一つのマイクロフォンのみを含むことができる。マイクロフォン対は下流マイクロフォン２８２及び上流マイクロフォン２８４を含む。必要に応じ、ソースマイクロフォン２７０は環境騒音に対してバイアスを与えるように構成された複数のマイクロフォンを含むことができる。一実施例では、上流マイクロフォン２８４は下流マイクロフォン２８２から約５０ｍｍの位置に置くことができる。必要に応じ、マイクロフォン２８２及び２８４は任意の適切な間隔にすることもできる。更に、模範的な実施例では、マイクロフォン２８２はマイクロフォン２８４とほぼ同じ円周位置に置くことができる。必要に応じ、マイクロフォン２８２及び２８４は吸込みコーン２２２の異なる円周位置内に置くこともできる。

マイクロフォン２８２及び２８４は、ファン騒音のみが減衰されるように環境騒音に対してバイアスを与える。環境騒音は上流マイクロフォン２８４及び下流マイクロフォン２８２によりほぼ同時に検出される。しかし、ファン騒音を検出する下流マイクロフォン２８２とファン騒音を検出する上流マイクロフォン２８４との間に時間遅延が存在する。従って、ファン騒音は環境騒音と区別することができ、環境騒音は騒音ベクトル２６６から除去することができる。

スピーカ２７４は吸込みコーン２２２より上流に位置する。スピーカ２７４は多孔性発泡体又は金属からなるものとし得る。例えば、スピーカ２７４は音響的に透明な発泡体からなるものとし得る。一実施例では、スピーカ２７４はファン性能への影響を制限した空気力学的形状を有する。例えば、スピーカ２７４はドーム形状にすることができる。模範的な実施例では、スピーカ２７４は三脚架又は類似の架台２８６に装着される。必要に応じ、スピーカ２７４はパネル２５４，２５６及び２５８の一つ又はフレーム２２４に結合することもできる。更に、スピーカ２７４はファンユニットの上流に定置し、ファンユニット全体内の騒音を減衰するように構成することができる。スピーカ２７４は吸込みコーン２２２の中心軸線２６３と整列する。必要に応じ、スピーカ２７４は中心軸線２６３からずらすこともできる。スピーカ２７４は中心軸線２６３に角度をつけて向けることもできる。スピーカ２７４は減衰ベクトル２８８を下流へ騒音ベクトル２６６と反対方向に送出する。減衰ベクトル２８８は反転された騒音ベクトル２６６であり、騒音ベクトル２６６と反対の位相及び一致する振幅を有する。減衰ベクトル２８８は騒音ベクトル２６６と相殺干渉してほぼゼロの振幅を有する減衰された騒音ベクトル２９０を発生する。必要に応じ、減衰ベクトル２８８は、減衰された騒音ベクトル２９０が聴こえないように騒音音響パラメータのいずれかを減少させることができる。

応答マイクロフォン２７２は、ソースマイクロフォン２７０の上流の、アクティブ相殺領域２６８内に定置される。応答マイクロフォン２７２は吸込みコーン２２２の内部表面２８０と同一表面に位置する。必要に応じ、応答マイクロフォン２７２はブーム又はブラケットを用いて中心線２６３の延長線上に位置させることもできる。更に、応答マイクロフォン２７２は吸込みプレナム２６１内及び／又はファンユニットの上流に位置させることもできる。応答マイクロフォン２７２は減衰された騒音ベクトル２９０を検出するように構成される。減衰された騒音ベクトル２９０の検出は音響パラメータを有する音響測定値を取得することである。例えば、音響パラメータを決定するために、減衰された騒音ベクトル２９０の音圧を検出することができる。以下に詳細に説明するように、騒音ベクトル２６６が低減又は除去されたかどうかを決定するために、減衰された騒音ベクトル２９０は騒音ベクトル２６６と比較される。

一般に、騒音ベクトル２６６はファンユニット２３２の動作中ダイナミックのままである。従って、減衰ベクトル２８８は騒音ベクトル２６６の変化に適応するように修正しなければならない。減衰ベクトル２８８を修正するために減衰モジュール２７６がファンユニット２３２内に置かれる。必要に応じ、減衰モジュール２７６はエアハンドリングシステム２００内に置くことができ、またそこから遠く離して置くこともできる。減衰モジュール２７６は内部的にプログラムすることができ、またコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されたソフトウェアを実行するように構成することもできる。

図４は、ソースマイクロフォン２７０及び応答マイクロフォン２７２に電気的に結合された減衰モジュール２７６のブロック図である。減衰モジュール２７６は、ソースマイクロフォン２７０により検出された騒音ベクトル２６６を修正する増幅器３０２及び自動利得制御３０４を含む。更に、応答マイクロフォン２７２により検出された減衰された騒音ベクトル２９０を修正する増幅器３０６及び自動利得制御３０８を含む。ＣＯＤＥＣ３１０が騒音ベクトル２６６及び減衰された騒音ベクトル２９０をディジタル的に符号化する。ディジタル信号プロセッサ３１２が各ベクトル２６６及び２９０の音響パラメータを取り出す。騒音ベクトル２６６が減衰されたかどうかを決定するために、適応信号処理アルゴリズム３１４を用いて両ベクトルが比較される。この比較に基づいて、減衰モジュール２７６は減衰ベクトル２８８を修正し、そのベクトルはＣＯＤＥＣ３１０でディジタル的に復号され、増幅器３１６に送られ、スピーカ２７４により送出される。

図５は騒音ベクトル２６６のアクティブ減衰のための方法４００を示す。図６はアクティブ減衰に対応するピクトリアルグラフィックである。ファンユニット２３２の動作中、騒音ベクトル２６６はファンユニット２３２から伝播する。４０２において、ソースマイクロフォン２７０が騒音ベクトル２６６を検出する。騒音ベクトル２６６の検出は騒音ベクトル２６６の音圧、強度及び／又は周波数の検出を含むものとし得る。騒音ベクトルは図６に示すような波形４０４として検出される。

４０６において、環境騒音が騒音ベクトル２６６から除去される。騒音ベクトル２６６は下流マイクロフォン２８２及び上流マイクロフォン２８４の両方で検出される。下流マイクロフォン２８２は入力空気流路に沿ってファン２２６に上流マイクロフォン２８４より近接して位置する。従って、上流マイクロフォン２８４がファンユニット２３２からの音響測定値を取得する所定時間前に、下流マイクロフォン２８２が同じ音響測定値を取得する。下流及び上流マイクロフォン２８２及び２８４は共通の音を僅かに異なる時点で検知する。下流及び上流マイクロフォン２８２及び２８４が共通の音を検出する時点間の期間は空気流路に沿う下流及び上流マイクロフォン２８２及び２８４間の間隔又は距離により決まる。この期間に対応する遅延が下流マイクロフォン２８２からの信号に導入され得る。４０６において、下流及び上流マイクロフォン２８２及び２８４からの信号間の差が検出される。遅延を調整することによって、ソースマイクロフォン２７０は特定の方向から発する音に感応するように調整される。

実は、ファンユニット２３２により発生されない環境騒音は下流マイクロフォン２８２及び上流マイクロフォン２８４間の遅延時間の設定によって騒音ベクトル２６６からフィルタ除去される。最初に下流マイクロフォン２８２により受信されないで上流マイクロフォン２８４により受信される音圧は、ファン２２６により発生されない環境騒音を表す。従って、方法４００はソースマイクロフォン２７０により取得された非ファン騒音をフィルタ除去する。必要に応じ、騒音ベクトル２６６が可聴範囲内にない場合には、信号は減衰モジュール２７６で無視することができる。マイクロフォン２８２及び２８４からの信号が組み合わされたら（例えば互いに減算されたら）、フィルタ処理されたファンユニット騒音信号が得られる。

４１０において、フィルタ処理された騒音信号を分析して音響測定値の音響パラメータ４１１の値を得る。音響パラメータ４１１はアルゴリズムを用いて計算する、ルックアップテーブルを用いて決定する、及び／又は予め決定し減衰モジュール２７６に記憶しておくことができる。関心のある音響パラメータは、フィルタ処理されたファンユニット騒音の周波数、波長、周期、振幅、強度、速度及び／又は方向を含むことができる。４１２において、減衰信号４１４が発生される。減衰信号４１４はフィルタ処理されたファンユニット騒音４０８の波形を反転させることにより発生することができる。図６に示すように、減衰信号４１４はフィルタ処理されたファンユニット騒音波形４０４と等しい振幅及び１８０度位相がずれた波形を有する。

４１６において、減衰信号４１４は減衰ベクトル２８８を発生させるためにスピーカ２７４に送られる。減衰ベクトル２８８は騒音ベクトル２６６と反対の方向に下流へと送出される。減衰ベクトル２８８は騒音ベクトル２６６に対して一致する振幅及び反対位相を有する。従って、減衰ベクトル２８８は騒音ベクトル２６６と相殺的に干渉して（図６の４１７）、騒音ベクトル２６６の振幅をほぼゼロに低減する（図の４１８）。振幅は聞き取れない任意の範囲まで減少させればよい点に注意されたい。必要に応じ、減衰ベクトル２８８は騒音ベクトル２６６の任意の他の音響パラメータを低減又は除去するものとし得る。更に、模範的な実施例では、騒音ベクトル２６６がアクティブ相殺領域２６８内で減衰されるように減衰ベクトル２８８を調整する。

４２０において、応答マイクロフォン２７２が騒音ベクトル２６６の減衰を監視する。模範的な実施例では、応答マイクロフォン２７２はこの減衰をリアルタイムに監視する。ここで使用する「リアルタイム」とはスピーカからの減衰ベクトル２８８の伝播にともなう減衰をアクティブに監視することをいう。

４２２において、応答マイクロフォン２７２が減衰された騒音ベクトル２９０を検出する。４２４において、減衰ベクトル２８８を調整する動的帰還ループを与えるために減衰された騒音ベクトル２９０が騒音ベクトル２６６と比較される。

図７は、一実施例によるファンユニット５００を示す。ファンユニット５００は吸込みコーン５０２、ファンアセンブリ５０４及びモータ５０６を含む。吸込みコーン５０２はファンアセンブリ５０４より上流に位置する。吸込みコーン５０２は、ファンアセンブリ５０４の上流側に直接定置されたスロート５０８を含む。空気流に関して、「上流」は、ファン５０４から吸込みコーン５０２へ進むことと定義され、「下流」は吸込みコーン５０２からファン５０４へ進むことと定義される。ソースマイクロフォン５１０が吸込みコーン５０２のスロート５０８内に定置される。ソースマイクロフォン５１０は１対のマイクロフォンを含むことができる。必要に応じ、ソースマイクロフォン５１０は一つのマイクロフォンを含むのみとすることもできる。１対のスピーカ５１２がソースマイクロフォン５１０より上流に定置される。必要に応じ、追加のスピーカ５１２を定置することもできる。スピーカ５１２はファン機能への影響を制限するように空気力学的に構成される。一実施例では、スピーカ５１２は同じ横断面内に定置される。必要に応じ、スピーカ５１２は互いにずらせることもできる。応答マイクロフォン５１４がスピーカ５１２の上流に定置される。応答マイクロフォン５１４は吸込みコーン５０２内に定置される。必要に応じ、応答マイクロフォン５１４はファンユニット５００上流に定置することもできる。

ファン５０４で発生される騒音は上流へ進む。騒音はソースマイクロフォン５１０により検出される。検出された騒音に応答して、スピーカ５１２は騒音と相殺的に干渉するように構成された減衰音場を送出する。スピーカ５１２への帰還ループを与えるために相殺干渉の結果が応答マイクロフォン５１４により検出される。

図８は、一実施例による吸込みコーン５５０の横断面を示す。吸込みコーン５５０はソースマイクロフォン５５２及びスピーカ５５４を含む。ソースマイクロフォン５５２及びスピーカ５５４は互いに９０度間隔で定置される。必要に応じ、ソースマイクロフォン５５２及びスピーカ５５４は吸込みコーン周面の任意の部分に沿って定置することもできる。更に、吸込みコーン５１０は１対のソースマイクロフォン５５２及び／又は任意の数のスピーカ５５４を含むことができる。模範的な実施例では、ソースマイクロフォン５５２及びスピーカ５５４の各々は吸込みコーン５５０の同じ横断面内に定置することができる。必要に応じ、ソースマイクロフォン５５２及びスピーカ５５４は互いにずらせることもできる。

騒音は吸込みコーン５５０中を進む。騒音はソースマイクロフォン５５２により検出される。すると、スピーカ５５４が騒音と相殺干渉する減衰音場を発生する。

図９は一実施例によるファンユニット６００を示す。ファンユニット６００は吸込みコーン６０２、ファンアセンブリ６０４及びモータ６０６を含む。吸込みコーン６０２はアセンブリ６０４より上流に定置される。空気流に関して、「上流」は、ファン６０４から吸込みコーン６０２へ進むことと定義され、「下流」は吸込みコーン６０２からファン６０４へ進むことと定義される。ソースマイクロフォン６１０が吸込みコーン６０２内に定置される。ソースマイクロフォン６１０は１対のマイクロフォンを含むことができる。必要に応じ、ソースマイクロフォン６１０は一つのマイクロフォンを含むのみとすることもできる。１対のスピーカ６１２が吸込みプレナム６０８内に定置される。必要に応じ、ファンユニット６００は任意の数のスピーカ６１２を含むこともできる。スピーカ６１２はファン機能への影響を制限するように空気力学的に構成される。スピーカ６１２は、吸込みプレナム６０８を通過し吸込みコーン６０２の開口部を横断する支柱６１４に結合される。支柱６１４は、スピーカ６１２が互いに角度をなすように角度がつけられる。必要に応じ、支柱はアーク状にし、任意の数のスピーカ５１２を保持するように構成することもできる。

ファン６０４で発生される騒音は上流へ進む。騒音はソースマイクロフォン６１０により検出される。検出された騒音に応答して、スピーカ６１２は騒音と相殺的に干渉するように構成された減衰音場を送出する。

図１０は一実施例によるアクティブ−パッシブ音響減衰システム６５０を示す。システム６５０は空気流６５４が通過するエアプレナム６５２内に定置される。プレナム６５２は１対の壁６５６を含む。壁６５６は平行に配置される。必要に応じ、壁６５６はプレナム幅が収束及び／又は発散するように互いに角度をつけることができる。バッフル６５８がプレナム６５２内に定置される。空気流路６６０，６６２がバッフル６５８と壁６５６との間に延在する。模範的な実施例では、空気流路６６０，６６２は等しい幅６４６を有する。必要に応じ、バッフル６５８は空気流路６６０及び６６２の幅６６４が相違するように定置することもできる。バッフル６５８も壁６５６と平行に配置することができる。必要に応じ、バッフル６５６は壁６５６に対して角度をつけることもできる。必要に応じ、バッフル６５８は丸められた形状及び／又は非線形状にすることもできる。バッフル５６８は音響減衰材料を含むことができる。音響減衰材料は音を吸収するように構成された多孔質媒体を有する。例えば、音響減衰材料はファイバグラスコアを含むことができる。

ソースマイクロフォン６６８が各壁６５６内に定置される。必要に応じ、ソースマイクロフォン６６８は一つの壁６５６内にのみ定置することができる。また、ソースマイクロフォン６６８はバッフル６５８内に定置することもできる。ソースマイクロフォン６６８はバッフル６５８より上流に配置することができ、必要に応じバッフル６５８より下流に定置することもできる。スピーカ６７０が各壁６５６内に定置される。あるいはまた、一つのスピーカ６７０のみを壁内に定置することもできる。スピーカ６７０はバッフル６５８内に定置することもできる。スピーカ６７０はソースマイクロフォン６６８より下流に定置される。一実施例では、スピーカ６７０はバッフル６５８より下流に定置し、減衰用騒音を空気流６５４の反対方向に向けるように構成することができる。

プレナム６５２内で発生される騒音は空気流６５４とともに上流へ進む。バッフル６５８がパッシブ音響減衰を提供する。加えて、ソースマイクロフォン６６８がアクティブ音響減衰を提供するために騒音を検出する。スピーカ６７０がプレナム６５２内を伝播する騒音と相殺的に干渉する音響減衰用騒音を送出する。

図１１は、一実施例により減衰される騒音周波数を示す図表７００である。図表７００はｙ軸７０２上に音圧（Ｌｐ）を示し、ｘ軸７０４上に周波数を示す。７つのオクターブ領域７０６が示されている。各オクターブ領域７０６はピーク周波数を含む。図示のピーク周波数は３１Ｈｚ，６３Ｈｚ，１２５Ｈｚ，２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ，１０００Ｈｚ及び２０００Ｈｚである。ファンアレイにより発生される主騒音成分は一般にこれらのピーク周波数と同様の周波数を有する。従って、ここに記載する実施例は一般にオクターブ領域７０６のピーク周波数で伝播する騒音を減衰するように構成される。例えば、騒音の主周波数成分はファンの羽根通過周波数を含む。羽根通過周波数は次の方程式を用いて決定される。
ＢＰＦ＝（ＲＰＭ＊羽根の＃）／６０
ここに、ＢＰＦは羽根通過周波数、ＲＰＭはファンの毎分回転数及び羽根の＃は羽根の数である。典型的には、羽根通過周波数は約２５０Ｈｚである。この周波数は約７０−９０ｄＢで伝わる。従って、本発明の目的は、２５０Ｈｚの範囲内の騒音を減衰することにある。ピーク周波数を有する騒音の減衰について実施例を記載するが、ここに記載する実施例は同様に任意の周波数を減衰できる点に留意されたい。

図１２は一実施例により形成される吸込みコーン８００の側面図である。吸込みコーン８００は入口８０２及び出口８０４を含む。模範的な実施例では、入口８０２及び出口８０４は放物形状を有する。入口８０２は出口８０４の幅８０８より大きな幅８０６を有する。出口８０４はファンユニットのファンホイールに近接して定置されるように構成される。一実施例では、出口はファイホイールに結合される。入口８０２と出口８０４との間に中間部分８１０が存在する。図示の実施例では、中間部分８１０は円筒形である。代替実施例では、中間部分８１０は任意の適切な形にすることができる。

中間部分８１０はその部分を貫通する複数の孔８１２を含む。これらの孔８１２は中間部分の周囲に一列に形成される。これらの孔８１２はその中にスピーカ８１４を保持するように構成される（図１３参照）。中間部分８１０は任意の適切な数のスピーカ８１４を保持するために任意の適切な数の孔８１２を含むことができる。これらの孔８１２は中間部分８１０の周囲に等間隔に配置することができる。一実施例では、吸込みコーン８００は入口８１２及び／又は出口８０４に孔８１２を有することもできる。

図１３は一実施例によるファンユニット８２０の側面図である。図１４はファンユニット８２０の正面斜視図である。ファンユニット８２０は吸込みコーン８００を含む。吸込みコーン８００はファンユニット８２０のファンホイール８２２に結合される。スピーカ８１４は吸込みコーン８００の孔８１２（図１２）内に定置される。スピーカ８１４は吸込みコーン８００の周囲に一列に配列される。スピーカ８１４は吸込みコーン８００の中間部分８１０の周囲に一列に配列される。

図１５は内臓マイクロフォン８２６を有するファンユニット８２０の正面斜視図である。ファンホイール８２２はハブ８２４を有し、そこから羽根８２８が伸びる。模範的な実施例では、マイクロフォンアセンブリ８３２はファンホイール８２２のハブ８２４とともに定置される。マイクロフォン８２６はマイクロアセンブリ８３２内に定置される。図示の実施例は、マイクロフォンアセンブリ８３２内に一列に定置された４つのマイクロフォンを含む。代替実施例では、ファンユニット８２０は任意の態様に配列された任意の数のマイクロフォン８２６を含むことができる。例えば、ファンユニット８２０はハブ８２４の中心に定置された単一のマイクロフォン８２６を含むことができる。

マイクロフォンアセンブリ８３２はマイクロフォン８２６を覆うように定置されたカバー８３０を含む。カバー８３０はファンホイール８２２のハブ８２４内に挿入することができる。代替実施例では、カバー８３０はファンホイール８２２のハブ８２４に当接することができる。カバー８３０は音波を通すように多孔性材料で形成することができる。カバー８３０によって、マイクロフォン８２６への音波の伝播を可能にしながらマイクロフォンへの空気流を制限する。マイクロフォン８２６はファンユニット８２０からの音響測定値を収集するように構成される。音響測定値に応答して、一連のスピーカ８１４が相殺信号を発生する。

図示の実施例では、マイクロフォンアセンブリ８３２はブーム８３４で支持される。ブーム８３４はマイクロフォンアセンブリ８３２をファンホイール８２２のハブ８２４内に保持する。ブーム８３４はファンホイール８２２を回転可能にするがマイクロフォンアセンブリ８３２の位置を乱す。ブーム８３４は、ブーム８３４及びマイクロフォンアセンブリ８３２の位置を保持する支持ビーム８３６に結合される。

ここに開示した実施例はエアハンドリングシステムに関して記載されている。開示の実施例はエアハンドリングユニット内及び／又はエアハンドリングシステムの吸込み又は放出プレナム内で使用できる点に留意されたい。これらの実施例はエアハンドリングユニット内のファンアレイの上流及び／又は下流で使用することもできる。必要に応じ、開示の実施例はクリーンルーム環境で使用することもできる。これらの実施例はクリーンルームの放出プレナム及び／又はリターンチェース内に定置することができる。必要に応じ、これらの実施例は住宅用ＨＶＡＣシステムに使用することもできる。これらの実施例はＨＶＡＣシステムのダクト内で使用することができる。必要に応じ、これらの実施例は精密空気制御システム、ＤＸ及び冷水エアハンドラ、データセンタ冷却システム、プロセス冷却システム、加湿システム及び工場人工ユニット制御機器とともに使用することもできる。必要に応じ、これらの実施例は商用及び／又は住宅用排気製品とともに使用することもできる。これらの実施例は排気製品のフード及び／又は吸込み口に使用することもできる。必要に応じ、これらの実施例はダクトの入口の下流及び／又は排気口に定置することもできる。

ここに開示した種々の実施例はファイル入力により発生される騒音のアクティブ監視を可能にする。騒音をアクティブに監視することによって、騒音を相殺するための減衰信号が動的に生成される。減衰信号は、ファンユニット内で取得された騒音信号を反転させることによって生成される。従って、減衰は減衰信号と騒音信号の振幅を一致させることによって最大になる。更に、減衰信号はファンユニットコーン内部の規定された範囲内の騒音と相殺的に干渉するように構成される。その結果として、ファンにより発生される騒音はファンユニットを出る前に減衰される。応答マイクロフォンによって減衰の連続的な帰還制御が可能であり、それによってシステムの動的制御が促進される。

種々の実施例及び／又はそれらに含まれるコンポーネント、例えばモジュール及びコントローラ等はまた一つ以上のコンピュータ又はプロセッサの一部分とすることもできる。コンピュータ又はプロセッサは計算装置、入力装置、ディジタル装置及び例えばインターネットアクセス用のインタフェースを含むことができる。コンピュータ又はプロセッサはマイクロプロセッサを含むことができる。マイクロプロセッサは通信バスに接続することができる。コンピュータ又はプロセッサはメモリを含むこともできる。メモリはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びリードオンリメモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。コンピュータ又はプロセッサは更に、ハードディスクドライブ又はフロッピディスクドライブ、光ディスクドライブ等のリムーバブルストレージドライブとし得る記憶装置を含むことができる。この記憶装置はコンピュータプログラム又は他の命令をコンピュータ又はプロセッサにローディングする他の同様の装置を含むこともできる。

ここで使用する「コンピュータ」又は「モジュール」は、ここに記載された機能を実行し得るマイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路及び他の任意の回路又はプロセッサを用いるシステムを含む任意のプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースシステムを含むことができる。上述の実施例は例示にすぎず、「コンピュータ」の定義及び／又は意味を少しも制限するものではない。

コンピュータ又はプロセッサは、入力データを処理するために一つ以上の記憶装置に記憶された命令のセットを実行する。記憶要素は必要に応じデータ又は他の情報も記憶することができる。記憶要素は情報ソースの形態にすることができ、また処理マシン内の物理的メモリ要素の形態にすることもできる。

この命令のセットは、処理マシンとしてのコンピュータ又はプロセッサに本発明の種々の実施例の方法及び処理のような特定の処理を実行させる種々のコマンドを含むことができる。この命令のセットはソフトウェアプログラムの形態にすることもできる。ソフトウェアはシステムソフトウェア又はアプリケーションソフトウェアなどの種々の形態にすることができる。更に、ソフトウェアは別個のプログラム又はモジュールの集合、大きなプログラム内のプログラムも又はプログラムモジュールの一部分の形態にすることもできる。ソフトウェアはオブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラープログラミングを含むこともできる。処理マシンによる入力データの処理はオペレータコマンドに応答する、又は前の処理の結果に応答する、又は別の処理マシンによる要求に応答するものとし得る。

ここで使用する「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は交換可能であり、メモリ（ＲＡＭメモリ，ＲＯＭメモリ，ＥＰＲＯＭメモリ，ＥＥＰＲＯＭメモリ及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む）に記憶された、コンピュータによる実行のための任意のコンピュータプログラムを含むことができる。上記のメモリタイプは例示にすぎず、コンピュータプログラムの記憶用に有用なメモリのタイプを限定するものではない。

以上の説明は例示であって、限定的なものではない。例えば、上述の実施例（及び／又はその特徴）は互いに組み合わせて使用することができる。加えて、特定の状態又は材料を本発明の種々の実施例の教えに適応させるために多くの変更を本発明の範囲を逸脱することなく加えることができる。ここに記載する寸法及び材料の種類は本発明の種々の実施例のパラメータを明確にするためであるが、これらの実施例は決して限定を意味するものでなく、模範的な実施例にすぎない。上記の説明を再検討すれば多くの他の実施例が当業者に明らかである。それゆえ、本発明の種々の実施例の範囲は添付の請求項を、これらの請求項により与えられる包括的な均等範囲とともに参照して決定される。添付の請求項において、「含む」は「備える」、「有する」と等価である。更に、後記の請求項において、「第１」「第２」及び「第３」等は単に名札として使用されているにすぎず、それらの対象に数的要件を課すものではない。更に、後記の請求項の制限は手段＋機能の形式で記載されておらず、米国特許法第１１２条第６段落に基づいて解釈されることを意図していない（ただし、これらの請求項の制限が構造のない機能の記述を伴う「手段」のフレーズを明示的に使用している場合は除く）。

本明細書は、最良のモードを含む本発明の種々の実施例を開示し、どの当業者も任意の装置又はシステムを使用し記載の方法を実行して本発明の種々の実施例を実施することができるように記載されている。本発明の種々の実施例の特許可能な範囲は請求項により決定され、当業者に明らかな他の実施例も含むことができる。これらの他の実施例は、それらが請求項の文字表現と相違しない構造要素を有する場合又はそれらが請求項の文字表現と実質的に相違する等価な構造要素を含む場合に、請求項の範囲に含まれるものとする。

Claims (49)

1. エアハンドリングシステムにより発生される騒音を制御する方法であって、
   前記エアハンドリングシステムから、音響パラメータにより規定される音響測定値を収集するステップ、
   前記音響測定値に基づいて前記音響パラメータの値を決定するステップ、
   前記音響測定値を少なくとも部分的に相殺する相殺信号を決定する、前記音響パラメータのオフセット値を計算するステップ、及び
   前記オフセット値に基づいて前記相殺信号を発生するステップ、
   を備える、方法。
2. ファンホイールのハブに位置するマイクロフォンで前記音響測定値を収集するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
3. ファンホイール内で発生される前記音響測定値を収集するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
4. 前記相殺信号を吸込みコーンの周囲に位置するスピーカのアレイで発生するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
5. 前記音響パラメータは前記音響測定値の周波数及び振幅を含み、前記計算ステップは前記音響パラメータと反対の位相及び一致する振幅を計算するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
6. 減衰領域において応答音響測定値を収集するステップ、及び
   前記相殺信号を前記応答音響測定値に基づいて調整するステップ、
   を更に備える、請求項１記載の方法。
7. 前記相殺信号発生ステップは、前記エアハンドリングシステムの音響測定値と反対の方向に相殺信号を発生するステップ更に備える、請求項１記載の方法。
8. 前記相殺信号は前記エアハンドリングシステムの前記音響測定値と相殺的に干渉する、請求項１記載の方法。
9. 前記エアハンドリングシステムの騒音は前記エアハンドリングシステムの羽根通過周波数を含む、請求項１記載の方法。
10. 前記音響測定値収集ステップは、前記音響測定値から周囲騒音をフィルタリングするステップを更に備える、請求項１記載の方法。
11. 前記相殺信号発生ステップは、複数のスピーカから相殺信号を発生するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
12. 前記音響測定値収集ステップは、前記エアハンドリングシステムの吸込みコーン内で音響測定値を収集するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
13. エアハンドリングシステムにより発生される騒音を制御するシステムであって、
    前記エアハンドリングシステムから音響測定値を収集するソースマイクロフォン、
    前記音響測定値を少なくとも部分的に相殺する相殺信号を決定するモジュール、及び
    前記相殺信号を発生するスピーカ、
    を備える、システム。
14. 前記ソースマイクロフォンはファンホイールのハブ内に定置されている、請求項１３記載のシステム。
15. 前記ソースマイクロフォンはファンホイールのハブ内に伸びるブームに支持されている、請求項１３記載のシステム。
16. 前記ソースマイクロフォンへの空気流を制限するために前記ソースマイクロフォンを覆うカバーを更に備える、請求項１３記載のシステム。
17. 音波は前記カバーを通過する、請求項１６記載のシステム。
18. 前記ソースマイクロフォンはファンホイールからの音響測定値を収集する、請求項１３記載のシステム。
19. スピーカのアレイを更に備える、請求項１３記載のシステム。
20. ファンユニットの吸込みコーン内に定置されたスピーカのアレイを更に備える、請求項１３記載のシステム。
21. ファンユニットの吸込みコーンの周囲に定置されたスピーカのアレイを更に備える、請求項１３記載のシステム。
22. 前記スピーカは前記相殺信号を前記音響測定値と反対の方向に発生する、請求項１３記載のシステム。
23. 前記音響測定値は相殺領域内で少なくとも部分的に相殺され、当該システムは更に前記相殺領域で応答音響測定値を収集する応答マイクロフォンを備える、請求項１３記載のシステム。
24. 前記モジュールは前記応答音響測定値に基づいて前記相殺信号を調整する、請求項２３記載のシステム。
25. 前記応答マイクロフォンは周囲騒音をフィルタリングするために１対のマイクロフォンを含む、請求項２３記載のシステム。
26. 前記スピーカは前記エアハンドリングシステムの吸込みプレナム内に定置されている、請求項１３記載のシステム。
27. 前記スピーカは前記エアハンドリングシステムの吸込みコーン内に定置されている、請求項１３記載のシステム。
28. 前記ソースマイクロフォンは前記エアハンドリングシステムの吸込みコーン内に定置されている、請求項２３記載のシステム。
29. 前記スピーカは前記エアハンドリングシステム性能へのスピーカの影響を低減するために空気力学的表面を備える、請求項１３記載のシステム。
30. 前記音響測定値を受動的に相殺する音響減衰装置を更に備える、請求項１３記載のシステム。
31. 複数のスピーカを更に備える、請求項１３記載のシステム。
32. エアハンドリングシステム用のファンユニットであって、
    前記ファンユニットから音響測定値を収集するソースマイクロフォン、
    前記音響測定値を少なくとも部分的に相殺する相殺信号を決定するモジュール、及び
    前記相殺信号を発生するスピーカ、
    を備える、ファンユニット。
33. ファンホイールを備え、前記ソースマイクロフォンは前記ファンホイールのハブ内に定置されている、請求項３２記載のシステム。
34. ファンホイールを備え、前記ソースマイクロフォンは前記ファンホイールのハブ内に伸びるブームに支持されている、請求項３２記載のシステム。
35. 前記ソースマイクロフォンへの空気流を制限するために前記ソースマイクロフォンを覆うカバーを更に備える、請求項３２記載のシステム。
36. 音波は前記カバーを通過する、請求項３５記載のシステム。
37. 前記ソースマイクロフォンはファンホイールからの音響測定値を収集する、請求項３２記載のシステム。
38. スピーカのアレイを更に備える、請求項３２記載のシステム。
39. 吸込みコーン及び前記吸込みコーン内に定置されたスピーカのアレイを更に備える、請求項３２記載のシステム。
40. 吸込みコーン及び前記吸込みコーンの周囲に定置されたスピーカのアレイを更に備える、請求項３２記載のシステム。
41. 前記スピーカは前記相殺信号を前記音響測定値と反対の方向に発生する、請求項３２記載のシステム。
42. 前記音響測定値は相殺領域内で少なくとも部分的に相殺され、当該システムは更に前記相殺領域で応答音響測定値を収集する応答マイクロフォンを備える、請求項３２記載のシステム。
43. 前記モジュールは前記応答音響測定値に基づいて前記相殺信号を調整する、請求項４２記載のシステム。
44. 前記応答マイクロフォンは周囲騒音をフィルタリングするために１対のマイクロフォンを含む、請求項４２記載のシステム。
45. 前記スピーカは前記ファンユニットの吸込みコーン内に定置されている、請求項３２記載のシステム。
46. 前記ソースマイクロフォンは前記ファンユニットの吸込みコーン内に定置されている、請求項３２記載のシステム。
47. 前記スピーカは前記エアハンドリングシステム性能へのスピーカの影響を低減するために空気力学的表面を備える、請求項３２記載のシステム。
48. 前記音響測定値を受動的に相殺する音響減衰装置を更に備える、請求項３２記載のシステム。
49. 複数のスピーカを更に備える、請求項３２記載のシステム。

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