JP2557542B2

JP2557542B2 - 騒音の能動制御に用いられる伝達関数の測定方法

Info

Publication number: JP2557542B2
Application number: JP2059410A
Authority: JP
Inventors: 康幸関口; 啓二中西
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH03259722A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、コンプレッサを収納した機械室内からの騒
音を能動的に打消すという騒音の能動制御に用いられる
伝達関数の測定方法に関する。

（従来の技術）コンプレッサを利用した冷却装置、例えば冷蔵庫にあ
っては、一般家庭の居室空間内に設置されることが多
く、しかも季節を問わず連続的に運転されるものである
ため、その騒音低減が一つの課題となっている。この場
合、冷蔵庫の騒音源として最も問題となるのは、コンプ
レッサ及びこれに接続された配管系が収納された機械室
からの騒音である。即ち、上記機械室内では、コンプレ
ッサ自体が比較的大きな騒音（コンプレッサモータの運
転音，被圧縮ガスによる流体音，圧縮機構部分の可動機
械要素における機械音など）を発生すると共に、コンプ
レッサに接続された配管系もその振動によって騒音を発
生するものであり、斯様な機械室騒音が冷蔵庫騒音の大
部分を占める。従って、機械室からの騒音を抑制するこ
とが、冷蔵庫全体の騒音低減に大きく寄与することにな
る。

そこで、従来においては、機械室からの騒音低減対策
として、コンプレッサそのものの低騒音化（例えばロー
タリ形コンプレッサの採用）の他に、コンプレッサの防
振支持構造の改良、並びに配管系の形状改善などを行う
ことによって振動伝搬路での振動減衰を図ったり、或
は、コンプレッサ及び配管系の周囲に吸音部材及び遮音
部材を配置することにより、機械室内での吸音量の増加
及び騒音の透過損失の増大を図ることが行われている。

ところが、一般的に冷蔵庫の機械室には、コンプレッ
サの駆動に伴う発熱を外部に逃がす必要上から放熱用の
開口部が複数箇所に設けられており、これらの開口部か
ら外部に騒音が漏れ出ることになる。このため、前述し
たような従来の騒音低減対策には自ずと限度があり、騒
音レベルの低減効果は精々2dB（Ａ）程度しか期待でき
ない。

これに対して、近年においては、エレクトロニクス応
用技術、中でも音響データの処理回路及び音響制御技術
などの発展に伴い、音波の干渉を利用して騒音低減を行
うという騒音の能動制御技術の応用が注目されている。
即ち、この能動制御は、基本的には、騒音源からの音を
特定位置に設けた制御用受音器（例えばマイクロホン）
にて電気信号に変換すると共に、この電気信号を演算器
により加工した信号に基づいて制御用発音器（例えばス
ピーカ）を動作させることにより、その発音器から原音
（騒音源からの音）とは逆位相で且つ同一波長及び同一
振幅の人工音を発生させ、この人工音と原音とを干渉さ
せることによって原音を減衰させようというものであ
り、以下において斯かる能動制御による消音原理につい
て第６図を参照しながら概略的に説明する。

即ち、第６図において、騒音源であるコンプレッサＳ
が発生する音をXs、制御用発音器たるスピーカＡが発生
する音をXa、制御用受音器たるマイクロホンＭで受ける
音をXm、制御対象点Ｏでの音をXoとし、さらに上記のよ
うな音の出力及び入力点の各間の第１乃至第４の音響伝
達関数をＧAM,GAO,GSM,GSOとしたとき、２入力２出力系
として次式が成立する。尚、上記各音響伝達関数ＧAM,G
AO,GSM,GSOの意味は、前段の添字が入力側、後段の添字
が出力側（応答側）に対応するもので、例えばＧAMは、
スピーカＡへの入力信号を入力側とし、且つマイクロホ
ンＭからの出力信号を出力側として測定した場合の音響
伝達関数を示すことになる。

従って、スピーカＡが発生すべき音Xaは、上式から、 Xa＝（−ＧSO・Xm＋ＧSM・Xo）／（ＧSM・ＧAO−ＧSO・ＧAM）として得られるが、この場合には制御対象点Ｏでの音響
レベルを零にすることを目標としているので、Xo＝０と
おくことできる。この結果、 Xa＝Xm・ＧSO／（ＧSO・ＧAM−ＧSM・ＧAO）となる。この式から理解できるように、制御対象点Ｏで
の音Xoを零にするためには、マイクロホンＭで受けた音
Xmに、Ｇ＝ＧSO／（ＧSO・ＧAM−ＧSM・ＧAO） ……（１）で示される伝達関数Ｇに応じたフィルタをかけて加工し
た音XaをスピーカＡから発生させれば、制御対象点Ｏで
の音響レベルを理論上において零にするという能動制御
を行うことができるものであり、このような加工を行う
ために演算器Ｈが設けられている。

しかして、上記伝達関数Ｇを決定するためには、前記
第１乃至第４の音響伝達関数ＧAM,GAO,GSM,GSOを測定す
る必要があり、この測定のためには、高速フーリエ変換
（FFT）を利用した伝達関数測定器が利用される。ま
た、この場合、第1,第２の音響伝達関数ＧAM,GAOの測定
は、スピーカＡを能動制御の対象となる周波数帯域幅の
ホワイトノイズ信号により駆動した状態で行い、第3,第
４の音響伝達関数ＧSM,GSOの測定は、コンプレッサＳを
実際に駆動した状態で行う。尚、このような測定のため
に、前記制御対象点Ｏには測定用受音器たるマイクロホ
ンＭ′が設けられる。そして、この場合において、前記
（１）式は、Ｇ＝1/（ＧAM−（ＧSM/GSO）ＧAO）＝1/（ＧAM−ＧOM・ＧAO ……（２）と変形することができるから、第3,第４の音響伝達関数
ＧSM,GSOに関しては、等価的な音響伝達関数ＧOM、つま
り制御対象点Ｏに設けられたマイクロホンＭ′からの出
力信号を入力側とし、且つマイクロホンＭからの出力信
号を出力側とした等価音響伝達関数ＧOMを測定すれば、
それらの音響伝達関数ＧSM,GSOを測定したと同等にな
る。そして、このように測定した音響伝達関数ＧAM,GO
M,GAOに基づいて前記演算器Ｈの伝達関数Ｇを決定して
いる。

（発明が解決しようとする課題）上記従来の測定方法では、外部からの騒音を全く考慮
に入れていない。このため、外部からマイクロホンＭ或
はＭ′に入力される騒音の音圧レベル（つまり、伝達関
数Ｇの決定に有害な要素）が、スピーカＡからマイクロ
ホンＭ或はＭ′に入力される音の音圧レベルに比べて大
きい場合には、伝達関数Ｇが正確に求まらないことにな
り、能動制御時の消音効果が不十分になる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、コンプレッサからの騒音を能動制御により消音
する場合に必要な伝達関数の測定精度を、外部騒音に関
係なく向上させることができ、これにより良好な消音効
果を得ることができるなどの効果を奏する騒音の能動制
御に用いられる伝達関数の測定方法を提供するにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、機械室内に設
けられたコンプレッサからの音を電気信号に変換する制
御用受音器、上記電気信号を所定の伝達関数を以て加工
する演算器、及び上記加工信号に基づいて動作される制
御用発音器の組合わせによって騒音の能動制御を行う場
合に必要となる前記演算器の伝達関数を測定する方法に
おいて、前記機械室の外部騒音をモニタする補助受音器
を設けた上で、前記制御用発音器に対して、前記補助受
音器による測定外部騒音レベルより所定レベルだけ高い
音圧レベルのホワイトノイズを入力した状態でその制御
用発音器と制御用受音器との間の音響伝達関数を測定
し、その測定結果を前記演算器の伝達関数の決定要素と
したものである。

（作用）演算器の伝達関数の決定要素の一つである制御用発音
器と制御用受音器との間の音響伝達関数の測定時が、制
御用発音器に対して、補助受音器による測定外部騒音レ
ベルより所定レベルだけ高い音圧レベルのホワイトノイ
ズを入力した状態で行われた場合には、そのホワイトノ
イズに対する外部騒音の音圧レベル比が相対的に低減さ
れるようになって、上記音響伝達関数の測定が正確にな
る。この結果、斯様に測定された音響伝達関数に基づい
て決定される演算器の伝達関数も正確なものとなり、こ
の伝達関数を利用した騒音の能動制御時における消音効
果が従来のように不十分になる虞がなくなるものであ
る。

（実施例）以下、本発明の一実施例について第１図乃至第５図を
参照しながら説明するに、ここでは騒音の能動制御対象
として冷蔵庫を例にした場合について述べる。

まず、冷蔵庫の全体構成を示す第２図において、１は
冷蔵庫本体であり、これの内部には上方より順に冷凍室
2,冷蔵室３及び野菜室４が設けられている。５は冷凍室
２の背部に配設された冷却器、６は冷却器５により生成
される冷気を直接には冷凍室２及び冷蔵室３に供給する
ファンである。７は冷蔵庫本体１の背面側下部に形成さ
れた機械室で、これの内部には、ロータリ形のコンプレ
ッサ8,コンデンサパイプ９及び所謂セラミックフィンを
利用した除霜水蒸発装置10が収納されている。

さて、第３図（ここではコンデンサパイプ９及び除霜
水蒸発装置10の図示を省略している）に示すように、機
械室７は、その背面のみが矩形状に開口された形状とな
っており、この開口部分は機械室カバー11により閉鎖さ
れるようになっている。このとき、機械室カバー11は、
その周縁部が機械室７の開口縁部に対し気密に装着され
るものであり、図中の左縁部には上下方向に延びる細長
矩形状の放熱用開口部11aが形成されている。つまり、
機械室カバー11の装着状態では、機械室７は放熱用開口
部11aを残して閉じられた状態を呈する。尚、機械室カ
バー11は、熱伝導性に優れ且つ音の透過損失が大きい材
質（例えば鉄のような金属）にて形成されているる。

また、同第３図において、12は機械室７内に配置され
た制御用受音器たる例えばマイクロホンで、これは、コ
ンプレッサ８に対し前記放熱用開口部11aとは反対側
（図中右方側）から対向するように配置され、以て騒音
源であるコンプレッサ８からの音を電気信号に変換する
ように設けられている。13は機械室７内に配置された制
御用発音器たるスピーカで、これは、例えば機械室７の
奥壁部（冷蔵庫本体１の底壁部に相当）における放熱用
開口部11a寄りの部位に埋設状に取付支持されている。

しかして、第５図に示すように、スピーカ13は、マイ
クロホン12からの電気信号を演算器14にて加工した信号
により動作されるようになっており、上記のような電気
信号の加工は、（従来例）の項で述べたような能動制御
による消音原理に基づいて行われるようになっている。

ここで、上記のように構成された冷蔵庫の場合、コン
プレッサ８の駆動に応じて機械室７内で発生する騒音の
レベルは、700Hz程度以下の帯域並びに1.5〜5KHzの帯域
で夫々大きくなる性質を有することが実験的に求められ
ている。これら各帯域に対応した騒音のうち、高周波数
側の騒音は、機械室カバー11などでの透過損失により減
衰させることができ、また機械室７内に適宜の吸音部材
を設置することによって容易に消音できるものであるか
ら、前述のようなマイクロホン12,スピーカ13及び演算
器14による騒音の能動制御は、700Hz以下をターゲット
周波数として行えば良い。

また、上述のような騒音の能動制御を行う場合には、
機械室７内での騒音が一次元の平面進行波となるように
構成することが、その制御を理論上においても技術上に
おいても容易且つ精度良く行うために重要になってく
る。そこで、本実施例においては、第４図に示す機械室
７内の三次元方向である奥行き，幅及び高さ方向の各寸
法D,W及びＨのうち、例えば幅方向の寸法Ｗを他の寸法
D,Hより大きく設定（具体的には、Ｗ＝600mm、Ｄ＝Ｈ＝
200mmに設定）することによって、機械室７内での音の
定在波が一次モードでのみ成立つように構成している。
つまり、例えば機械室７を矩形の空洞と想定した場合に
は、次式が成立する。

但し、ｆは共鳴周波数（Hz）、Nx,Ny,NzはX,Y,Z各方
向の番目モード、Lx,Ly,Lzは機械室７内のX,Y,Z各方向
の寸法（つまりD,W,H）、Ｃは音速である。従って、上
式から、X,Y,Z各方向に対する１番目の定在波の周波数f
x,fy,fzを求めることができる。

即ち、前述したように、奥行き寸法Ｄ＝200mm、幅寸
法＝600mm、高さ寸法Ｈ＝200mmに設定されていた場合に
は、Ｘ方向に対する１番目の定在波の周波数fxは、Ny＝
Nz＝０、音速Ｃ＝340m/秒として、となり、同様に、Y,Z方向に対する１番目の定在波の周
波数fy,fzは、となる。この結果、前記ターゲット周波数（＝700Hz）
以下では、機械室７内の騒音の定在波は、Ｙ方向（幅方
向）のモードについてのみ成立つものであり、機械室７
内での騒音を一次元の平面進行波と見なすことができ
る。このため、前記スピーカ13などを利用した騒音の能
動制御による消音時において、その波面の理論上の取扱
いが容易となり、消音制御を容易且つ精度良く行い得る
ようになる。

さて、以下においては、上記のような能動制御に必要
な演算器14の伝達関数Ｇの測定方法について第１図を参
照しながら説明する。即ち、第１図において、被測定対
象となる冷蔵庫の機械室７には、コンプレッサ8,マイク
ロホン12及びスピーカ13の他に、能動制御時の制御対象
点である放熱用開口部11aでの音をモニタするために測
定用受音器たるマイクロホン15が設けられる。また、機
械室７の外部には、外部騒音をモニタするための補助用
受音器たるマイクロホン16が設けられる。

17は雑音信号発生回路で、これは測定しようとする周
波数帯域幅の全域で同程度のパワーを持つホワイトノイ
ズ信号を発生するように設けられている。特に、この場
合、雑音信号発生回路17は、その出力音圧レベルを外部
入力により調節可能に構成されている。18は雑音信号発
生回路17の出力音圧レベルを調節するための調節回路
で、具体的には前記マイクロホン16により測定された外
部騒音レベルより10dBだけ高い音圧レベルのホワイトノ
イズを出力させるように構成されている。

19は例えばCPUによる高速フーリエ変換（FFT）を利用
した伝達関数測定器で、これは、入力信号用端子Ta及び
出力信号用端子Tbを有し、これらに入力される信号に基
づいて入力信号及び出力信号間（端子Ta,Tb間）の伝達
関数を測定するようになっている。

ここで、演算器14の伝達関数Ｇを決定するために必要
となるデータは、（従来例）の項で示した（１）式から
明らかなように、スピーカ13とマイクロホン12との間の
第１の音響伝達関数ＧAM、スピーカ13とマイクロホン15
との間の第２の音響伝達関数ＧAO、コンプレッサ８とマ
イクロホン12との間の第３の音響伝達関数ＧSM、コンプ
レッサ８とマイクロホン15との間の第４の音響伝達関数
ＧSOである。このとき、（従来例）の項で示した（２）
式から明らかなように、第３及び第４の音響伝達関数Ｇ
SM及びＧSOに関しては、等価的な音響伝達関数ＧOM、即
ちマイクロホン15からの出力信号を入力側とし、且つマ
イクロホン12からの出力信号を出力側（応答側）とした
等価音響伝達関数ＧOMを測定すれば、それらの音響伝達
関数ＧSM,GSOを測定したと同等になる。従って、伝達関
数測定器19により第1,第２の音響伝達関数ＧAM,GAO及び
等価音響伝達関数ＧOMを測定すれば済む。

しかして、第１の音響伝達関数ＧAMを測定する場合に
は、雑音信号発生回路17からのホワイトノイズ信号がス
ピーカ13及び伝達関数測定器19の入力信号用端子Taに入
力されると共に、マイクロホン12からの出力信号が伝達
関数測定器19の出力信号用端子Tbに入力されるように接
続し、このような接続状態で雑音信号発生回路17を駆動
したときの伝達関数測定器19による測定データを第１の
音響伝達関数ＧAMとして得る。また、第２の音響伝達関
数ＧAOを測定する場合には、雑音信号発生回路17とスピ
ーカ13及び伝達関数測定器19の入力信号用端子Taとの間
の接続状態はそのままにして、伝達関数測定器19の出力
信号用端子Tbに対してマイクロホン15からの出力信号が
入力されるように接続し、このような接続状態で雑音信
号発生回路17を駆動したときの伝達関数測定器19による
測定データを第２の音響伝達関数ＧAOとして得る。尚、
これらの第1,第２の音響伝達関数ＧAM,GAOの測定時に
は、コンプレッサ８を停止しておくことは勿論である。

一方、等価音響伝達関数ＧOMを測定する場合には、マ
イクロホン15からの出力信号が伝達関数測定器19の入力
信号用端子Taに入力されると共に、マイクロホン12から
の出力信号が伝達関数測定器19の出力信号用端子Tbに入
力されるように接続し、この状態でコンプレッサ８を駆
動したときの伝達関数測定器19による測定データを等価
音響伝達関数ＧOMとして得る。

以上要するに、第1,第２の音響伝達関数ＧAM,GAOは、
雑音信号発生回路17からマイクロホン16により測定され
た外部騒音レベルより10dBだけ高い音圧レベルのホワイ
トノイズを出力させた状態、つまりスピーカ13に対し外
部騒音レベルより10dBだけ高い音圧レベルのホワイトノ
イズ信号を入力した状態で測定しているから、そのホワ
イトノイズに対する外部騒音の音圧レベル比が相対的に
低減されるようになり、結果的に上記音響伝達関数ＧA
M,GAOの測定が正確になる。従って、斯様に測定された
音響伝達関数ＧAM,GAOに基づいて決定される演算器14の
伝達関数Ｇも正確なものとなり、この伝達関数Ｇを利用
した騒音の能動制御時における消音効果が従来のように
不十分になる虞がなくなるものである。

尚、上記実施例では、制御用受音器としてマイクロホ
ン12を設ける構成としたが、これに代えてコンプレッサ
８にその振動を拾う加速度ピックアップを設ける構成と
しても良く、この場合には音響伝達関数ＧAMの測定が不
要となる。

その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例に限
定されるものではなく、例えば消音対象は冷蔵庫に限ら
れるものではなく、エアコンの室外機或は冷蔵ショーケ
ースなどを適用しても良く、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することができる。

［発明の効果］本発明によれば以上の説明したように、機械室内に収
納されたコンプレッサの駆動に伴い発生する音を、演算
器により加工した信号により動作される制御用発音器か
らの人工音との干渉により能動的に打消すという能動制
御を行う場合に必要となる上記演算器の伝達関数の測定
精度を、外部騒音に関係なく向上させることができ、こ
れにより、良好な消音効果を得ることができるなどの優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は図面は本発明の一実施例を示すもの
で、第１図は伝達関数の測定方法を概略的に示す配置
図、第２図は冷蔵庫の縦断面図、第３図は冷蔵庫の要部
を分解状態で示す斜視図、第４図は冷蔵庫の要部の寸法
関係を説明するための概略斜視図、第５図は冷蔵庫にお
いて騒音の能動制御を行うための構成を概略的に示す図
である。また、第６図は能動制御による消音原理を示す
概略構成図である。図中、１は冷蔵庫本体、７は機械室、８はコンプレッ
サ、10は除霜水蒸発装置、11は機械室カバー、11aは放
熱用開口部、12はマイクロホン（制御用受音器）、13は
スピーカ（制御用発音器）、14は演算器、15はマイクロ
ホン、16はマイクロホン（補助受音器）、17は雑音信号
発生回路、19は伝達関数測定器を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機械室内に設けられたコンプレッサの駆動
に伴い発生する音を制御用受音器にて電気信号に変換す
ると共に、この電気信号を演算器により加工した信号に
基づいて制御用発音器を動作させることにより、前記機
械室から外部に放射される音を能動的に打消すという能
動制御に用いられる前記演算器の伝達関数を測定する方
法において、前記機械室の外部騒音をモニタする補助受
音器とを設け、前記制御用発音器に対して、前記補助受
音器による測定外部騒音レベルより所定レベルだけ高い
音圧レベルのホワイトノイズを入力した状態でその制御
用発音器と制御用受音器との間の音響伝達関数を測定
し、その測定結果を前記演算器の伝達関数の決定要素と
したことを特徴とする騒音の能動制御に用いられる伝達
関数の測定方法。