JP2747100B2 - 能動消音装置 - Google Patents

能動消音装置

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JP2747100B2 JP2241879A JP24187990A JP2747100B2 JP 2747100 B2 JP2747100 B2 JP 2747100B2 JP 2241879 A JP2241879 A JP 2241879A JP 24187990 A JP24187990 A JP 24187990A JP 2747100 B2 JP2747100 B2 JP 2747100B2
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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、騒音源からの音を検出手段にて電気信号に
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騒
音を消音点で打消すようにした能動消音装置に関する。
(従来の技術) 従来より、例えば冷蔵庫においては、コンプレッサが
設置される機械室からの騒音低減対策として、コンプレ
ッサそのものの低減音化の他に、コンプレッサの振動伝
搬路の振動減衰を図ったり、或は機械室内に吸音材及び
遮音部材を配置することにより、機械室内での吸音量の
増加及び透過損失の増大を図ることが行われている。
ところで、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
開口部が設けられており、この開口部から外部に騒音が
漏れ出ることになる。
そこで、近年においては、エレクトロニクス応用技
術、特に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
う騒音の能動消音技術の応用が注目されている。即ち、
この能動消音は、基本的には、騒音源からの音を検出点
(コンプレッサに近い位置)に設けた制御用検出手段
(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消音点(機械室の開
口部)で原音を減衰させようというものである。
この場合、能動制御を実行するためには、機械室内の
音響特性、或はマイクロホンおよびスピーカの特性を測
定して、その測定結果に基づいて演算器の演算係数を決
定する必要がある。そこで、斯様な演算係数を決定する
方法として、検出点と消音点との間の音響伝達関数及び
スピーカと消音点との間の音響伝達関数に基づいて演算
係数を求めることが行われている。つまり、第4図に示
すように、検出ポイントSへの到達音をx,消音点Oへの
到達音をy、検出ポイントSから消音点までの伝達関数
をG SO、制御用スピーカ1の音発生ポイントAから消音
点Oまでの伝達関数をG AOと定義すると、 y=x・G SO ……(1) ここで、制御用スピーカ1から出力される制御音をa
と定義すると、消音点でyという音を消音するには、ス
ピーカ1から出力された制御音がOポイントで−yとな
ることが条件となるので、 −y=a・G AO ……(2) また、消音用フィルタ2の特性をGとすると、 a=x・G ……(3) 以上の(1)(2)(3)式により、 G=−G SO/G AO となる。ここで、G SO=G SA・G AOであるので、 G=−G SAとなる。
従って、以上の計算により、伝達関数G AO及びG SOを
測定してG SAを求め、そのG SAを逆位相としたものをフ
ィルタの演算係数Gに設定すればよいことが分る。尚、
フィルタ特性Gを求めるには、騒音源から騒音が発せら
れていない状態で、制御用スピーカ1から測定用雑音を
出力する。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述のようにして求めた演算係数Gに基づ
く能動制御により消音点における騒音を消音させること
ができるものの、気温変化による音速の変化等による環
境変化、或は能動制御を実行するための構成部品の経年
変化による音響伝達特性の変動により、能動制御が効果
的に実行できなくなってしまうことがある。そこで、騒
音源から音が発せられない状態で、演算係数Gの測定を
適宜実行して適正な演算係数Gを求めるようにしてい
る。
しかしながら、このような測定用雑音により演算係数
Gを求めようとした場合、第5図に示すように測定用雑
音がスピーカ1から突然発せられるので、能動消音装置
の周囲に居る人はその測定用雑音にびっくりしたり、測
定用雑音を耳障りと感じてしまうという問題があった。
本発明は上記事情にか鑑みてなされたもので、その目
的は、能動消音実行用の演算係数を求めるために発せら
れる測定用雑音が耳障りとなることを効果的に防止する
ことができる能動消音装置を提供するにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、騒音源からの音を検出手段にて電気信号に
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騒
音を消音点で打消すようにしたものであって、消音点に
おける音を電気信号に変換する補助受音器を設け、騒音
源から騒音が発せられていない状態で制御用発音器から
測定用雑音を発生させる雑音発生手段を設け、この雑音
発生手段の駆動状態で前記検出手段及び補助受音器から
出力される電気信号に基づいて前記演算器の演算係数を
決定する制御装置を設けた上で、前記雑音発生手段によ
って前記制御用発音器から発せられる測定用雑音の出力
レベルを徐々に増減させる音量調節手段を設けたもので
ある。
(作用) 騒音源から騒音が発せられていない状態で、雑音発生
手段によって制御用発音器から測定用雑音を発生する
と、制御装置は、検出手段及び補助受音器からの電気信
号に基づいて演算器の演算係数を決定する。そして、騒
音源から騒音が発せられた状態では、検出手段からの電
気信号を演算係数に基づいて信号処理された音が制御用
発音器から発せられ、これにより消音点において騒音が
消音される。
ここで、制御用発音器から測定用雑音が発せられると
きは、音量調節手段により測定用雑音の出力レベルが徐
々に増減されるので、能動消音装置の周辺に居る人が耳
障りを感じることはない。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図乃至第3図を参照し
て説明する。
能動消音装置の概略構成を示す第1図において、一端
が開放されたダクト11内の奥部に騒音源たる例えばコン
プレッサ12が配設されていると共に、ダクト11内におい
てコンプレッサ12から開口部13までの間に能動消音装置
14が配設されている。即ち、コンプレッサ12から手前の
所定位置に検出手段たるマイクロホン15が配設されてい
る。このマイクロホン15は、コンプレッサ12からの騒音
を受音してその受音に応じた電気信号を制御装置16に出
力する。制御装置16は演算器及び雑音発生手段を含んで
構成されており、演算器によりマイクロホン15からの電
気信号を信号処理しその演算信号を出力すると共に、雑
音発生手段により所定の信号レベルの雑音信号(所謂ホ
ワイトノイズ)を出力する。音量調節手段たる電子ボリ
ューム17は制御装置16からの演算信号及び雑音信号を受
けると共にそれらの信号をダクト11の開口部13近傍に配
設された制御用発音器たるスピーカ18に出力するように
なっている。ここで、電子ボリューム17は、制御装置16
によりその抵抗値が可変されるように設けられている。
ダクト11の開口部13の消音点(Oポイント)には補助
受音器たるマイクロホン19が配設されている。このマイ
クロホン19はダクト11の開口部13に到達した音を受音す
るもので、その受音に応じた電気信号を制御装置16に出
力する。
そして、制御装置16はマイクロホン15,19からの電気
信号に基づいて演算器の演算係数を決定するようになっ
ており、その演算係数に基づいてダクト11の開口部13に
おける能動消音を実行するようになっている。
次に上記構成の作用を制御装置16の動作に基づいて説
明する。
まず、制御装置16は、能動消音を実行するために演算
器の演算係数を決定する。即ち、コンプレッサ12が停止
した状態で、雑音発生手段から所定レベルの雑音信号を
出力する。このとき、制御装置16は、電子ボリューム17
の抵抗値を最大値に設定しており、その最大値から抵抗
値を徐々に低く変更すると共に抵抗値が所定値まで低下
したところでその抵抗値を維持する。これにより、第3
図に示すようにスピーカ18に与えられる測定用雑音用信
号の信号レベルが徐々に高まると共に、所定レベルに達
したところでそのレベルに維持される。従って、スピー
カ18からは音量が徐々に高くなる測定用雑音が発せられ
ると共に、その音量が所定レベルとなったころでその音
量の出力レベルが維持されるので、マイクロホン15,19
からは受音した測定用雑音に応じた電気信号が出力され
る。これにより、制御装置16は、マイクロホン15,19か
らの電気信号に基づいてマイクロホン15から補助マイク
ロホン19に至る伝達関数G SO,スピーカ18から補助マイ
クロホン19に至る伝達関数G AOを測定する。ここで、従
来技術で説明したように、演算器の演算係数GはG=−
G SO/G AO=−G SAにより求めることができるので、上
述のように測定したG SO及びG AOに基づいてG SAを求
め、そのG SAを逆位相に変換することにより演算器の演
算係数Gを設定する。
次に、上述の伝達関数G AO(G SO)を求める方法につ
いて説明する。
第2図はG AOを求める原理図を示している。この第2
図において、20はホワイトノイズジェネレータで、これ
は、インパルス関数で示される測定用雑音信号x(n)
を出力する。21はアダプティブ・フィルタで、これは、
消音点Oに設けられた補助マイクロホン22からの応答信
号d(n)と自分自身からの出力応答信号y(n)とを
比較して、その偏差値e(n)が最小となるように設定
する。従って、 e(n)=d(n)−y(n) y(n)=h(n)・x(n) となるので、 e(n)=d(n)−h(n)・x(n) で表すことができる。ここで、アダプティブ・フィル
タはe(n)を最小となるように設定するので、 d(n)≒h(n)・x(n) つまり、 h(n)≒d(n)/x(n) =(補助マイクロホンからの応答信号/スピーカから
の出力信号) と変換することができる。従って、このようにして求
めたインパルス応答関数h(n)を周波数領域に変換す
ることにより、伝達関数G AOを求めることができる。
具体的には、従来技術で示したように、 y=G SO・x=(−G)G AO・x であるので、G AO・xからアダプティブ・フィルタ21
により−Gを固定して求め、その符号を反転することに
より演算係数Gを求める。
そして、制御装置16は、演算係数Gを求めたところ
で、電子ボリューム17の抵抗値を徐々に高める。これに
より、第3図に示すように電子ボリューム17からスピー
カ18に発せられる信号レベルは徐々に低下するので、ス
ピーカ18から発せられる測定用雑音の音量は徐々に低下
する。そして、制御装置16は、電子ボリューム17からス
ピーカ18に出力される雑音信号の出力レベルが零レベル
となったところで雑音信号の出力を停止する。
さて、コンプレッサ12の駆動によりコンプレッサ12か
ら騒音が発せられると、マイクロホン15から騒音に応じ
た電気信号が出力される。すると、制御装置16における
演算器は、電気信号を演算係数Gに基づいてマイクロホ
ン15からの電気信号を演算処理してその演算信号を出力
する。このとき、制御装置16は、電子ボリューム17の抵
抗値を所定レベルに設定しており、これにより、スピー
カ18から所定レベルの制御音が発せられて消音点0に到
達するようになる。このとき、消音点0に到達した制御
音は、コンプレッサ12から発せられて消音点0に到達し
た騒音と逆位相となっているので、騒音と制御音が干渉
して消音点0における音レベルが低下する。
尚、上述した制御装置16による演算器の演算係数Gの
決定は、コンプレッサ12が停止した状態において適宜実
行されるもので、これにより気温の変化による音速の変
化等の環境の変化、或は能動消音を実行するための構成
部品の経年変化等による音響伝達特性の変動に対して常
に最適な能動消音を実行することができる。
上記構成のものによれば、演算器の演算係数Gを決定
するためにコンプレッサ12の停止状態でスピーカ18から
発せられる測定用雑音は、その音量が徐々に高まると共
に測定の終了により徐々に低下するので、ダクト周辺に
居る人は測定用雑音に気付きにくい。また、測定用雑音
に気付いたとしても、所定レベルの測定用雑音がスピー
カから突然発せられる従来例と違って、その音量の変化
が緩やかなので、測定用雑音にびっくりしたり、耳障り
と感じたりすることはない。
尚、上記実施例では、電子ボリューム18を制御装置16
の出力側に設けたが、制御装置16の入力側に設けるよう
にしてもよい。また、制御装置16がマイクロコンピュー
タによりデジタル信号処理を行うように構成されている
場合は、プログラムによりスピーカ18に対する雑音信号
の出力レベルを制御するようにしてもよい。
さらに、能動消音装置が、能動消音が適切に行われて
いるか否かを測定する評価マイクロホンを有すると共に
そのマイクロホンによる測定結果に基づいて演算器の演
算係数を適宜変更する能動制御を実行するように構成さ
れている場合には、当初の能動制御実行時における演算
係数決定用に本発明の構成を適用するようにしてもよ
い。
加えて、騒音を検出するマイクロホン15に代えて、コ
ンプレッサ12の振動を振動センサにより直接検出するよ
うに構成してもよい。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明の能動消音装
置によれば、音量調節手段により、能動消音を実行する
ために制御用発音器から発せられる測定用雑音の出力レ
ベルを徐々に増減するようにしたので、能動消音実行用
の演算係数を求めるために発せられる測定用雑音が耳障
りとなることを防止することができるという優れた効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明の一実施例を示すもので、第
1図は全体の概略構成図、第2図は音響伝達関数を求め
るための原理図、第3図はスピーカに出力される測定用
雑音の信号レベルを示す特性図である。また、第4図及
び第5図は従来例を示しており、第4図は能動消音を説
明するための原理図、第5図は第3図相当図である。 図中、12はコンプレッサ(騒音源)、14は能動消音装
置、15はマイクロホン(検出手段)、16は制御装置,演
算器,雑音発生手段、17は電子ボリューム(音量調節手
段)、18はスピーカ(制御用発音器)である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】騒音源からの音を検出手段にて電気信号に
    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騒
    音を消音点で打消すようにしたものであって、前記消音
    点における音を電気信号に変換する補助受音器と、前記
    騒音源から騒音が発せられていない状態で前記制御用発
    音器から測定用雑音を発生させる雑音発生手段と、この
    雑音発生手段の駆動状態で前記検出手段及び補助受音器
    から出力される電気信号に基づいて前記演算器の演算係
    数を決定する制御装置とを備えた能動消音装置におい
    て、前記雑音発生手段によって前記制御用発音器から発
    せられる測定用雑音の出力レベルを徐々に増減させる音
    量調節手段を備えたことを特徴とする能動消音装置。
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