JP2013506075A - 音響冷却システムのためのノイズ低減 - Google Patents

Abstract

本発明は、トランスデューサ２と、トランスデューサ２を励起するための駆動信号Ｓ１を生成するように構成された制御ユニット６と、を有する、音波を生成することによる冷却のための音響冷却システム１であって、該駆動信号は、該音波に含まれる少なくとも１つの対応する高次高調波Ｂ２−Ｂ５の存在を低減させるように選択された少なくとも１つの高次高調波Ａ２−Ａ５を有する多重高調波駆動信号である、音響冷却システムに関する。該システムは、第２のトランスデューサを組み込む必要なくノイズ低減が実現されることができ、それにより低いコストで小型な音響冷却システムを可能とする点で有利である。

Description

本発明は、音波を生成することにより冷却するように構成された音響冷却システムに関する。

音響冷却システムにより生成された音波により温かい物体が冷却される今日の手法が存在しており、その例は音響共振システムである。斯かるシステムの最も基本的な要素は音響トランスデューサ、即ち圧電素子、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニリジン）材料、ラウドスピーカ又はその他の電子力学的、電磁気学的、若しくは静電気的トランスデューサである。該トランスデューサが、開いた共振管又はヘルムホルツ共振子のような共振子に接続されると、脈動気流が生成される。該気流は、例えば電子回路及びシステム又は照明器具において冷却の目的のために利用される。脈動気流は、より一般的な冷却手法を使って得られる層流気流よりも、冷却の効率が良い。

十分に低い周波数（例えば７０Ｈｚよりも低い周波数）で動作させられる場合には、音響冷却システムは非常に静かになり得るが、トランスデューサの非線形な挙動により、及び脈動気流自体の非線形な挙動により、より高次の高調波が生成され得る。これら高次の高調波は、不快な可聴ノイズを引き起こす。

国際特許出願公開WO2008/053435は、第１のトランスデューサにより生成される可聴のノイズが補償されるように駆動される第２のトランスデューサにより、音響冷却システムにより生成されるノイズが如何に低減されるかを記載している。しかしながら、この種の音声キャンセルは第２のトランスデューサを必要とし、コストに悪影響を及ぼす。従って、第２のトランスデューサを必要とすることなく、音響冷却システムにより生成されるノイズを低減することが可能な代替の方法に対するニーズがある。

以上に鑑み、本発明の目的は、以上に議論された問題を少なくとも軽減することにある。本発明の一態様によれば、本目的及び他の目的は、音波を生成することによる冷却のための音響冷却システムにより達成される。本システムは、トランスデューサと、前記トランスデューサを励起するための駆動信号を生成するように構成された制御ユニットと、を有し、前記駆動信号は、該音響システムにより生成された前記音波に含まれる少なくとも１つの対応する高次高調波の存在を低減させるように選択された少なくとも１つの高次高調波を有する多重高調波駆動信号である。

本発明は、トランスデューサを励起させるために使用される駆動信号に、少なくとも１つの具体的に選択された高次高調波を意図的に導入することによって、該音響システムにより生成される音波における少なくとも１つの対応する高調波の存在が低減され得、斯くして音響冷却システムにより生成される可聴のノイズの低減が達成され得るという理解に基づく。本発明の冷却システムは、第２のトランスデューサを組み込む必要なくノイズ低減が達成され得るという点で有利である。このことは、少ないコストで、小型の音響冷却システムを可能とする。

多重高調波信号とはここでは、第１の高調波（即ち主周波数）と１つ以上の具体的に選択された高次高調波とを有する信号を示すことを意図される。更に、トランスデューサのための音波は好適には、空気のような流体において生成されても良い。更に、トランスデューサは共振子を有しても良く、このことは脈動気流のために所望の共振が得られる点で有利である。

該音響冷却システムは更に、前記システムにより生成された音波を検出し、前記検出された音波に関連する音声信号を前記制御ユニットに供給するように構成された、マイクロフォンのようなセンサを更に有し、前記制御ユニットは更に、前記音声信号に基づいて前記駆動信号の少なくとも１つの高次高調波を選択するように構成されても良い。利点は、実際のノイズレベル（例えばシステム全体が脈動気流における非線形な挙動により生じるノイズを含むことによって生じるノイズ）が測定され得、それに応じて駆動信号が適合され得る点である。

代替実施例においては、本システムは、前記システムにより生成される音波の示唆として前記トランスデューサにおける誘導電圧及び誘導電流の少なくとも一方を測定し、前記誘導電圧及び前記誘導電流の少なくも一方に関連する情報を前記制御ユニットに供給するように構成されたセンサを更に有し、前記制御ユニットは更に、前記情報に基づいて前記駆動信号の少なくとも１つの高次高調波を選択するように構成されても良い。このことは、マイクロフォンの必要性を除去し得る。

本発明の別の態様によれば、音波を生成することによる冷却のための音響冷却システムのための多重高調波駆動信号を決定する方法が提供される。本方法は、駆動信号をトランスデューサに供給するステップと、前記駆動信号に応じて、前記システムにより生成された音波に関連する音声信号を取得するステップと、前記音声信号についての音声パワースペクトルを決定するステップと、前記音声パワースペクトルにおける少なくとも１つの対応する高次高調波が低減されるように選択された少なくとも１つの高次高調波を導入することにより、前記駆動信号を変形するステップと、を有する。

前記駆動信号における前記少なくとも１つの高次高調波についての振幅及び位相の少なくとも一方が、前記音声パワースペクトルにおける対応する高次高調波が低減されるように選択されても良い。例えば、駆動信号における第二高調波の振幅及び／又は位相が、音声パワースペクトルにおいて第二高調波を最小化するように適合され、駆動信号における第三高調波の振幅及び／又は位相が、音声パワースペクトルにおいて第三高調波を最小化するように適合される、等する。利点は、各高次高調波に関連するノイズが最小化され得る点である。

一実施例によれば、前記多重高調波駆動信号は、第二高調波から開始して、次第に高い高調波を前記駆動信号に反復的に導入する手順により決定されても良い。更に、本発明による音響冷却システムは有利にも、発光装置を更に有する照明装置に含められても良く、ここで該音響冷却システムは該発光装置を冷却するように構成されても良い。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付される請求項及び以下の説明を参照することにより明らかとなるであろう。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の種々の特徴が組み合わせられて以下に説明されるもの以外の実施例をつくり出しても良いことを理解するであろう。

本発明の特定の特徴及び利点を含む本発明の種々の態様は、以下の詳細な説明及び添付図面から容易に理解されるであろう。

本発明の実施例による音響冷却システムを模式的に示す。 多重高調波駆動信号を決定するための方法の実施例についてのフロー図を模式的に示す。 音響冷却システムを有する照明装置の例を模式的に示す。

本発明は、添付図面を参照しながら以下により完全に説明され、これら図面において現在好適な本発明の実施例が示されている。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施化され得るものであり、ここで開示される実施例に限定されるものと解釈されるべきではなく、これら実施例は完全さのために提供されるものであって、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるためのものである。図面を通して、同様の参照文字は同様の要素を示す。

ここで図面、特に図１を参照すると、トランスデューサ２を有する音響冷却システムが示されている。トランスデューサ２は、圧電素子、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニリジン）材料、ラウドスピーカ又はその他の電子力学的、電磁気学的、若しくは静電気的トランスデューサであっても良い。図１に示されたトランスデューサ２は、開口４を持つ共振子に接続されている。開口４は典型的には、操作の間に冷却されるべき、例えば発光ダイオード５（ＬＥＤ）のような温かい物体に向けられている。

冷却システム１は更に、トランスデューサ２を励起するための駆動信号Ｓ１を生成するように構成された制御ユニット６を有し、ここでＬＥＤ５を冷却するため脈動気流の形をとる音波が開口４において生成される。制御ユニット６は、冷却システム１から所定の距離に配置され、システム１により生成される音波（又はノイズ）を検出するように構成された、マイクロフォン７のようなセンサに接続されても良い。ここで、制御ユニット６は、基本周波数を持つ信号を生成するための生成器８（例えば信号生成器）、生成器８からの信号を変換するための変換器９（例えば信号処理ユニット）、及びマイクロフォン７により捕捉された音声信号Ｓ_{ｓｏｕｎｄ}の音声パワースペクトルを決定するための解析器を有する。

制御ユニット６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラム可能なディジタル信号プロセッサ、又はその他のプログラム可能な装置を含んでも良い。制御ユニット６は更に、又は代替として、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能なゲートアレイプログラマブル論理回路、プログラム可能な論理回路装置、又はディジタル信号プロセッサを含んでも良い。制御ユニット６が上述したマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラのようなプログラム可能な装置を含む場合、該プロセッサは更に、該プログラム可能な装置の動作を制御するコンピュータ実行可能なコードを含んでも良い。更に、制御ユニット６により提供される機能の一部は、アナログ電子回路により実現されても良い。

マイクロフォン７により該システムによって生成される音波を検出する代わりに、システム１により生成される音波（又はノイズ）の示唆として、トランスデューサ２を流れる電流、又はトランスデューサ２にかかる電圧を検出するための、電圧又は電流検出器１１を用いることも可能であり得る。例えば、システム１により生成される音波と、誘導される電圧／電流との間の関係は、先行する試験により知られ得る。斯くして、電圧／電流検出器１１により得られた誘導された電圧／電流は、制御ユニットにおける解析器１０に送られ得る音声信号に変換されても良い。

本発明によれば、システム１により生成される音波の高次高調波を低減するため、多重高調波駆動信号が利用されても良い。主周波数成分（第一高調波とも呼ばれる）に加えて、多重高調波駆動信号は、１つ以上のより高次の高調波を含む。

多重高調波駆動信号を決定するための方法の一実施例が、図１におけるシステム及び図２における模式的なフロー図を参照しながら、ここで説明される。本手順は、一時的なマイクロフォン７を用いることにより冷却システム１の組み立ての間に実行されても良い。代替としては、マイクロフォン７は、音響冷却システムに含められても良く、それにより後続する較正又は該多重高調波駆動信号の継続的な適合を可能としても良い。

一動作例の間、信号生成器８は、例えば６０Ｈｚの周波数を持つ正弦波信号のような、単一の高調波信号を生成する。最初にステップ２０１において、該信号は変形器９を無変化のまま通過し、斯くして、第一高調波のみを持つ単一の高調波駆動信号Ｓ１によりトランスデューサ２が励起される。ステップ２０２において、単一の高調波駆動信号Ｓ１に応じてシステム１により生成された音波はマイクロフォン７により検出され、該検出された音波に関連する音声信号Ｓ_{ｓｏｕｎｄ}は、制御ユニット６における解析器１０に送信される。ステップ２０３において、解析器１０は、得られた音声信号についての音声パワースペクトルを決定する。該音声信号の音声パワースペクトルはここでは、第一高調波Ｂ１、第二高調波Ｂ２、第三高調波Ｂ３、第４の高調波Ｂ４及び第五高調波Ｂ５を持つ。

次いでステップ２０４において、変換器９が、第二高調波Ａ２を駆動信号Ｓ１に導入することにより駆動信号を変換する。トランスデューサは変換された信号Ｓ１により励起されるため、音声パワースペクトルにおける第二高調波の音声パワーレベルは低減させられる。更にステップ２０５において、該第二高調波の振幅Ａ及び／又は位相φが調節され、該第二高調波の音声パワーレベルが最小化されても良い（即ち該システムにより生成された音波の第二高調波が最小化される）。このことは、位相φ＝０及び／又は小さな振幅から開始して、音声パワースペクトルにおいて該第二高調波についての最小の音声パワーレベルが見出されるまで、位相及び／又は振幅を徐々に減少させる（同時に、トランスデューサが変換された駆動信号により励起される結果である音声パワースペクトルを監視する）ことにより実行されても良い。

ステップ２０４及び２０５に関連して説明された手順は次いで、音声パワースペクトル内に存在する全ての高次高調波について音声レベルが最小化させるまで、次第に高次の高調波について（即ち第三高調波について、次いで第四高調波について、等）繰り返される。

トランスデューサ２は結果の多重高調波駆動信号（主周波数Ａ１及び高次高調波Ａ２乃至Ａ５を含む）により励起されるため、第一高調波Ｂ１のみが該システムにより生成される音波に残る。即ち、全ての高次高調波が少なくとも部分的に低減させられ、従ってシステム１により生成されるノイズが低減させられる。

多重高調波駆動信号を決定する手順は、徐々に高次の高調波が１度に１つずつ導入される反復的な手順として説明されたが、該手順を高速化するため複数の高次高調波のためのパラメータを並行して導入及び最適化することも可能であり得る。更に、その他のノイズ除去アルゴリズム、又は一般的に制御アルゴリズムが、駆動信号における各高次高調波についての最適な設定を決定するために適用可能である。例えば、繰り返し学習制御が利用されても良い。

ここで図３を参照すると、ランプ１２のような照明装置に含められた音響冷却システム１が更に、ＬＥＤ５のような発光装置を有する実施例が模式的に示されている。該音響冷却システムのための多重高調波駆動信号を決定する手順は、用途に応じて変わっても良い。一例として、単一の多重高調波駆動信号が、ランプの開発の間に音響冷却システムのために決定されても良く、次いで当該所定の多重高調波駆動信号が多くのランプに適用されても良い。例えば、同一の多重高調波駆動信号が特定のモデルの全てのランプのために利用されても良く、斯くしてコストを低減させても良い。代替としては、該音響冷却システムのための多重高調波駆動信号は、製造の間に各ランプのために決定されても良い。このことは、異なるランプ間の分散が、単一の多重高調波駆動信号を正当化するのに大き過ぎる場合に有利となり得る。

別の例として、多重高調波駆動信号は、動作の間に調整されても良い。このことは、高次高調波の点でのランプ１２の挙動が、時間によって大きく変化する場合、又はランプ１２がどのように装着されているかに依存して大きく変化する場合、有利となり得る。このことは初期較正として実行されても良いし、又は較正が時々繰り返されても良い。多重高調波駆動信号の継続的な適合を利用することも可能であり得る。

加えて、マイクロフォンが、当該ランプのみならず、他の隣接するランプの音声出力を検出するために利用されても良い。このことは、種々の隣接するランプについての駆動信号の異なる周波数又は位相の利用を可能とし、全てのランプの全体的な音声出力が減少されるようにし、それにより１つのランプのみの最適化の欠如を回避する。

本発明は、本発明の特定の実施例を参照しながら説明されたが、多くの異なる代替、変更等が当業者には明らかであろう。図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。例えば、種々のランプにおける分散を考慮するため、ランプのセットに対する最適化手順を適用することも可能である。このことは、例えばランプ毎に１つの音響冷却システム、ランプのクラスタに対して１つの音響冷却システム、及びランプの他のクラスタに対して別の音響冷却システムのように、種々の結合されていない多システム系を利用することにより実現され得る。更に、各音響冷却システムに対して１つのマイクロフォンを利用する代わりに、複数の音響冷却システムが単一のマイクロフォンを共有しても良い。更に他の代替例は、単一の制御ユニットを共有する複数のマイクロフォンを有しても良い。更に、音響冷却システムはここではＬＥＤの冷却について説明されたが、該システムは例えば集積回路又はマイクロプロセッサのような他の電子部品の冷却のためにも利用され得る。更に、請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。

Claims (7)

1. トランスデューサと、
   前記トランスデューサを励起するための駆動信号を生成するように構成された制御ユニットと、
   を有する、音波を生成することによる冷却のための音響冷却システムであって、前記駆動信号は、前記音波に含まれる少なくとも１つの対応する高次高調波の存在を低減させるように選択された少なくとも１つの高次高調波を有する多重高調波駆動信号である、音響冷却システム。
2. 前記システムにより生成された音波を検出し、前記検出された音波に関連する音声信号を前記制御ユニットに供給するように構成されたセンサを更に有し、前記制御ユニットは更に、前記音声信号に基づいて前記駆動信号の少なくとも１つの高次高調波を選択するように構成された、請求項１に記載の音響冷却システム。
3. 前記システムにより生成される音波の示唆として前記トランスデューサにおける誘導電圧及び誘導電流の少なくとも一方を測定し、前記誘導電圧及び前記誘導電流の少なくも一方に関連する情報を前記制御ユニットに供給するように構成されたセンサを更に有し、前記制御ユニットは更に、前記情報に基づいて前記駆動信号の少なくとも１つの高次高調波を選択するように構成された、請求項１に記載の音響冷却システム。
4. 音波を生成することによる冷却のための音響冷却システムのための多重高調波駆動信号を決定する方法であって、前記方法は、
   駆動信号をトランスデューサに供給するステップと、
   前記駆動信号に応じて、前記システムにより生成された音波に関連する音声信号を取得するステップと、
   前記音声信号についての音声パワースペクトルを決定するステップと、
   前記音声パワースペクトルにおける少なくとも１つの対応する高次高調波が低減されるように選択された少なくとも１つの高次高調波を導入することにより、前記駆動信号を変形するステップと、
   を有する方法。
5. 前記駆動信号における前記少なくとも１つの高次高調波についての振幅及び位相の少なくとも一方が、前記音声パワースペクトルにおける対応する高次高調波が低減されるように選択される、請求項４に記載の方法。
6. 前記多重高調波駆動信号は、第二高調波から開始して、次第に高い高調波を前記駆動信号に反復的に導入する手順により決定される、請求項４又は５に記載の方法。
7. 発光装置と、
   前記発光装置を冷却するように構成された、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の音響冷却システムと、
   を有する照明装置。

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