JP5087446B2 - フィードバック型アクティブ消音装置及び自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、フィードバック型アクティブ消音装置及びこれを利用した自動販売機に係る。さらに詳しくは、騒音を打ち消すための制御音をフィードバック制御により生成するアクティブ消音装置の改良に関する。特に、自動販売機のコンプレッサ等の騒音抑制に好適なフィードバック型アクティブ消音装置の改良に関する。

騒音をマイクロホンで検出し、振幅が同一で逆位相となる制御音をスピーカから出力することによって騒音を打ち消すアクティブ消音装置（ＡＮＣ：Active Noise Controller）が従来から知られている。このようなアクティブ消音装置の制御方式は、フィードフォワード型とフィードバック型に分類されるが、フィードバック型は十分な消音を実現するための調整が難しく、従来のアクティブ消音装置は、そのほとんどがフィードフォワード型を採用している。

フィードフォワード型アクティブ消音装置は、騒音伝搬路の上流に配置されたマイクロホン（参照マイク）が騒音を検出し、下流に配置されたスピーカが制御音を出力して上記騒音を打ち消す装置である。つまり、フィードフォワード型では、マイクロホンが参照信号として検出した騒音そのものをスピーカからの制御音で打ち消している。このため、比較的良好な消音効果が得られるという長所がある一方で、騒音が一方向に伝搬し、マイクロホンとスピーカとの間に十分な距離を確保できる伝搬経路にしか適用できないという短所があった。

これに対し、フィードバック型アクティブ消音装置は、騒音及び制御音を含む環境音をマイクロホン（エラーマイク）のエラー信号として検出し、このエラー信号に含まれる制御音の成分を演算によって除去して参照信号を求め、この参照信号に基づいて制御音を決定している。このため、騒音の伝搬経路に関わらず適用できるという長所があるが、周期的な騒音でなければ、消音効果を得ることができないという短所があった。

また、参照信号から制御音を生成するフィルタに適応フィルタを用いるアクティブ消音装置が提案されている（例えば、特許文献１）。このような適応型アクティブ消音装置では、参照信号を制御音信号に変換するフィルタの伝達係数を自動更新させることによって、騒音源の変化や伝播特性の変化に対応するように学習させることができる。このような適応型アクティブ消音装置では、上記フィルタ機能が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を利用したデジタル処理として実現され、マイクロホンの出力は、Ａ／Ｄ変換された後にＤＳＰへ入力される。

一般に、缶入り飲料などを販売する自動販売機は、温度調整用コンプレッサーや、冷却用ファンなどを内蔵しており、静かな環境下に設置された場合には、これらの内蔵機器が騒音源になりうる。そこで、アクティブ消音装置を搭載して、内蔵機器の騒音を抑制することが考えられる。これらの内蔵機器からの騒音は、その駆動状態に応じて変化するが、駆動状態が一定の期間には周期的な騒音が発生している。従って、この様な騒音の抑制には、フィードバック型アクティブ消音を適用することができ、また、適応フィルタを用いれば、駆動状態の変化や、周辺環境の変化にも対応することができ、良好な消音効果を得ることができると考えられる。

ところが、上記マイクロホンは、内蔵機器からの騒音だけでなく、商品購入時や商品補充時における騒音や、人の話し声のような自動販売機外からの騒音も検出している。例えば、商品購入時には、缶入り飲料が自動販売機内で落下することにより大きな騒音が発生し、また、商品補充時には、扉を開閉したり、商品を投入することにより大きな騒音が発生する。この様な騒音の強度はコンプレッサーなどが発する騒音よりも遙かに大きいため、マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換しているＡ／Ｄコンバータが飽和し、消音に寄与しない高周波を含む制御音がスピーカから出力されてしまうという問題があった。

このような大きな騒音が入力されても飽和しないＡ／Ｄコンバータを採用すれば、このような問題を解決することができるが、コストアップや消音効果の低下を招く。商品購入時の騒音などは、コンプレッサなどの内蔵機器の騒音のような周期性がなく、フィードバック型アクティブ消音による消音効果は期待できない。このため、消音対象ではない騒音の強度を考慮して、アクティブ消音装置のＡ／Ｄコンバータの性能を決定することは望ましくない。
特開平４−２４７４９７号公報

従来のアクティブ消音装置では、Ａ／Ｄコンバータを飽和させる過大な騒音が、マイクロホンによって検出された場合に、消音に寄与しない高周波成分を含む制御音が出力されてしまうという問題があった。また、フィードバック型アクティブ消音装置は、周期性のない騒音を抑制することはできず、このような騒音を検出した場合にも不要な制御音が出力され、当該アクティブ消音装置が新たな騒音源になってしまうという問題があった。

特に、自動販売機は、コンプレッサなどの内蔵機器が周期的な騒音を発生させる一方で、商品購入時や商品補充時には周期性のない大きな騒音が発生する。また、自動販売機外の騒音を予測することはできない。このため、自動販売機内の周期的な騒音をフィードバック型アクティブ消音によって抑制する場合、マイクロホンによって過大な音が検出され、Ａ／Ｄコンバータが飽和すれば、高周波成分を含む不要な制御音が出力されてしまうという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、過大な騒音を検出することにより、フィードバック型アクティブ消音装置から不要な制御音が出力されるのを防止することを目的とする。特に、マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータが飽和することによって、消音に寄与しない高周波を含む制御音が、フィードバック型アクティブ消音装置から出力されるのを防止することを目的とする。

また、フィードバック型アクティブ消音により、自動販売機内で発生する周期的な騒音を抑制している自動販売機において、消音対象である周期的な騒音よりも大きく、周期性のない騒音が発生した場合に、不要な制御音が出力されるのを防止することを目的とする。特に、商品購入時や商品補充時の騒音によって、あるいは、外部からの騒音によって、自動販売機から不要な制御音が出力されるのを防止することを目的とする。

第１の本発明によるフィードバック型アクティブ消音装置は、騒音を検出するマイクロホンと、上記騒音を抑制するための制御音を出力するスピーカと、上記マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換して検出信号を生成するＡ／Ｄコンバータと、上記検出信号から上記制御音の成分を除去した参照信号を求める参照信号生成手段と、上記参照信号に基づいて上記スピーカを駆動するための制御音信号を生成する制御音信号生成手段とを備えたフィードバック型アクティブ消音装置において、上記検出信号を上記Ａ／Ｄコンバータの飽和レベル以下の閾値と比較して判定信号を生成する騒音レベル判定手段と、上記判定信号に基づいて、上記制御音の出力を抑制する制御音抑制手段とを備えて構成される。

このフィードバック型アクティブ消音装置では、Ａ／Ｄ変換後の検出信号から制御音の成分を除去した参照信号に基づいて、騒音を抑制するための制御音信号が生成される。その際、検出信号をＡ／Ｄコンバータの飽和レベル以下の閾値と比較し、この比較結果に基づいて、制御音の出力を抑制している。騒音の強度レベルがＡ／Ｄコンバータの飽和レベルを越えると、消音に寄与しない高周波を含む制御音が出力される。このような制御音の出力を抑制することによって、過大な騒音が検出された場合に、フィードバック型アクティブ消音装置が騒音源となるのを防止することができる。

なお、制御音抑制手段は、スピーカから制御音が出力されるのを抑制する手段であればよい。例えば、制御音信号を減衰させる減衰手段であってもよいし、参照信号を減衰させる減衰手段であってもよいし、制御音信号生成手段を制御し、制御音の強度レベルを低下させる手段であってもよい。また、制御音抑制手段による制御音の出力の抑制には、制御音の遮断も含まれている。

第２の本発明によるフィードバック型アクティブ消音装置は、上記構成に加えて、上記制御音抑制手段が、上記判定信号に基づいて上記制御音の出力を遮断し、上記騒音レベル判定手段が、上記検出信号が第１閾値を越えた場合に、上記検出信号が第１閾値以下の第２閾値を下回っている状態が所定時間継続するまで上記判定信号を出力するように構成される。

この様な構成によれば、検出信号が第１閾値を越えた場合に、制御音の出力が遮断され、第２閾値を下回っている状態が所定時間継続していた場合には、制御音の出力が再開される。このため、断続的に発生する騒音や、第１閾値をまたいで強度レベルが変動する騒音が検出された場合に、制御音のオンオフが繰り返されるのを防止することができる。スピーカは出力の遮断時又は再開時に不要音を出力するため、制御音の遮断及び再開を繰り返さないように構成することにより、このような不要音が繰り返し出力されるのを防止することができる。なお、第２閾値は第１閾値以下であればよく、両者は異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。

第３の本発明によるフィードバック型アクティブ消音装置は、上記構成に加えて、上記制御音信号生成手段が、伝達係数を保持する伝達係数記憶手段と、上記伝達係数を用いて、上記参照信号を上記制御音信号に変換する騒音制御フィルタと、上記検出信号に基づいて上記伝達係数を更新する係数更新手段とを備え、上記判定信号に基づいて、上記伝達係数を初期化するように構成される。

制御音信号生成手段に適応フィルタを採用し、検出信号に基づいて伝達係数を更新している場合、過大な騒音の発生時に望ましくない学習を行ってしまう。すなわち、騒音の強度レベルが第１閾値を越える強度レベルに至って判定信号が出力された場合、判定信号の出力直前に伝達係数の更新が行われることにより、伝達係数が望ましくない値になってしまう。このため、判定信号に基づいて伝達係数を初期化することにより、その後に消音動作を再開させた場合に、望ましくない制御音が出力されるのを防止することができる。

第４の本発明による自動販売機は、温度調節用のコンプレッサと、上記コンプレッサの騒音を抑制するためのフィードバック型アクティブ消音装置とを備え、上記フィードバック型アクティブ消音装置が、騒音を検出するマイクロホンと、上記騒音を抑制するための制御音を出力するスピーカと、上記マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換して検出信号を生成するＡ／Ｄコンバータと、上記検出信号から上記制御音の成分を除去した参照信号を求める参照信号生成手段と、上記参照信号に基づいて、上記スピーカを駆動するための制御音信号を生成する制御音信号生成手段とを有する自動販売機において、上記検出信号を上記コンプレッサの騒音レベルを越え、かつ、上記Ａ／Ｄコンバータの飽和レベル以下となる閾値と比較して判定信号を生成する騒音レベル判定手段と、上記判定信号に基づいて、上記制御音の出力を抑制する制御音抑制手段とを備えて構成される。

この様な構成により、コンプレッサから発生する騒音を効果的に抑制する一方、Ａ／Ｄコンバータの飽和レベルを越える過大な騒音が発生した場合に不要な制御音が出力されるのを抑制することができる。

第５の本発明による自動販売機は、上記構成に加えて、上記コンプレッサは、筐体内に収容され、上記マイクロホンは、上記筐体外の騒音を検出するように構成される。

第６の本発明によるフィードバック型アクティブ消音装置は、人為的操作を検出する操作検出手段と、上記操作検出手段による検出結果に基づいて、上記制御音の出力を抑制する制御音抑制手段とを備え、上記制御音抑制手段が、上記操作検出手段による検出結果に基づいて上記制御音の抑制を開始し、上記判定信号に基づいて上記制御音の抑制を終了するように構成される。

この様な構成によれば、人為的操作に起因して不要な制御音が出力されるのを抑制することができる。すなわち、人為的操作により過大な騒音が発生し、Ａ／Ｄコンバータを飽和させ、消音に寄与しない高周波を含む制御音が生成されるのを抑制することができる。例えば、商品購入者の操作や、商品補充などを行う管理者の操作によって過大な騒音が発生する場合に、当該騒音の発生を予測して不要な制御音の出力を抑制することができる。また、人為的操作を検出した場合に制御音の抑制を開始し、騒音の強度レベルに基づいて制御音の抑制を終了することができる。このため、騒音の発生時間に応じて、制御音の抑制時間を異ならせることができる。

本発明によるフィードバック型アクティブ消音装置は、騒音の検出信号をＡ／Ｄコンバータの飽和レベル以下の閾値と比較し、この比較結果に基づいて、制御音の出力を抑制している。このため、過大な騒音が検出された場合に、マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換しているＡ／Ｄコンバータが飽和し、消音に寄与しない高周波を含む制御音が出力されるのを抑制することができる。

また、本発明によるフィードバック型アクティブ消音装置は、検出信号が閾値を越えれば制御音の出力が遮断され、第２閾値を下回っている状態が所定時間継続していた場合に、制御音の出力が再開される。このため、出力の遮断又は再開に伴ってスピーカから出力される不要音が、繰返し出力されるのを抑制することができる。

また、本発明による自動販売機は、フィードバック型アクティブ消音装置を利用した制御音の出力を人為的操作の検出結果に基づいて抑制している。このため、簡単な構成により、不要な制御音の出力を抑制することができる。また、過大な騒音が発生することを早期に、あるいは、確実に検知して、制御音の出力を抑制することができる。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１によるフィードバック型アクティブ消音装置が搭載された自動販売機について、図１〜図３を用いて以下に説明する。本実施の形態によるフィードバック型アクティブ消音装置は、この自動販売機内で発生する騒音を消音するのに用いられる。

<自動販売機>
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態１によるフィードバック型アクティブ消音装置を備えた自動販売機の概略構成の一例を示した図である。図１（ａ）には、自動販売機１を正面から見た様子が示され、図１（ｂ）には、側面から見た様子が示されている。また、図２は、図１の自動販売機１の開閉扉３を開いた状態を示した図である。また、図３は、図１の自動販売機１の側断面図である。この自動販売機１は、缶に封入された飲料を商品として販売する自動販売機であり、縦長の直方体形状からなる筐体２内に多数の商品を収容している。以下では、図１（ｂ）における左側を前方、右側を後方として説明することとする。

筐体２の前面には、当該前面全体を開放する前面開口２Ａが形成されており、この前面開口２Ａが筐体２に対して開閉可能に取り付けられた開閉扉３により覆われている。筐体２の底面には、脚部４が取り付けられている。

開閉扉３の前面中央部には、商品を購入しようとする利用者が貨幣を投入する際に使用する貨幣投入領域５が形成されている。この貨幣投入領域５には、硬貨を投入するための硬貨投入口５Ａと、紙幣を投入するための紙幣投入口５Ｂと、投入された貨幣の返却を指示するための返却レバー５Ｃと、投入された貨幣の合計金額を表示する投入金額表示部５Ｄが設けられている。貨幣投入後に返却レバー５Ｃを操作した場合、紙幣は紙幣投入口５Ｂから返却され、硬貨は開閉扉３の下部に形成されている硬貨返却口６から返却される。

開閉扉３の前面上部には、商品の見本が展示されたディスプレイ領域７が形成されている。このディスプレイ領域７には、展示されている各見本に対応付けられた購入ボタン７Ａが設けられており、利用者は、硬貨投入口５Ａ又は紙幣投入口５Ｂから貨幣を投入した後、いずれかの購入ボタン７Ａを操作することにより、その購入ボタン７Ａに対応する商品の購入することができる。購入が指示された商品は、筐体２内の下部に送り出され、開閉扉３の下部に形成された横長形状の商品取出口８から取り出すことができる。

開閉扉３の背面中央部には、前面の貨幣投入領域５の裏側に対応する位置に、貨幣処理ユニット９が設けられている。この貨幣処理ユニット９は、硬貨投入口５Ａ及び紙幣投入口５Ｂから投入される貨幣を貯留するとともに、必要に応じて硬貨返却口６又は紙幣投入口５Ｂから貨幣を返却する処理を行うための機構である。開閉扉３の背面中央部における貨幣処理ユニット９の側方には制御ユニット１０が設けられ、この制御ユニット１０に備えられているプロセッサによって、この自動販売機１の動作が制御されるようになっている。

筐体２内には、その中央部から上部にわたる領域に商品を収容するための商品収容部１１が形成されており、商品収容部１１内の商品を冷却するための冷却装置１２が筐体２内の下部に配置されている。商品収容部１１は、それぞれ縦長形状からなる冷却商品収容部１１Ａ及び加熱商品収容部１１Ｂが左右に並べて配置されることにより形成されている。冷却商品収容部１１Ａの下方には、当該冷却商品収容部１１Ａ内の空気を冷却するための冷却器１３が配置されている。一方、加熱商品収容部１１Ｂの下方には、当該加熱商品収容部１１Ｂ内の空気を加熱するための加熱器１４が配置されている。筐体２内の前側には、商品収容部１１から商品取出口８側へ商品を排出するための商品排出口１５が形成されている。商品排出口１５は複数形成されており、各商品排出口１５が冷却商品収容部１１Ａ又は加熱商品収容部１１Ｂに対応付けられている。

冷却装置１２は、冷却商品収容部１１Ａ内に収容されている商品を冷却するためのものであり、上記冷却器１３の他、冷却器１３へ供給される冷媒を圧縮するコンプレッサー１６、圧縮された冷媒を液化させる凝縮器１７、及び、コンプレッサー１６や凝縮器１７を冷却するための冷却ファン１８などが備えられている。

冷却器１３、コンプレッサー１６及び凝縮器１７は、配管を介して互いに連通しており、これらの各部に冷媒を循環させることにより、冷却器１３を介して冷却商品収容部１１Ａ内の空気を冷却することができる。

開閉扉３の底部には、その両端部が開閉扉３の左右両端部の近傍に位置する横長形状の吸気口１９が形成されている。一方、筐体２の背面底部には、その少なくとも一部が吸気口１９に対して前後方向に対向するように、横長形状の排気口２０が形成されている。筐体２内における商品収容部１１の下方には仕切板２１が設けられており、この仕切板２１の下方の領域が、吸気口１９及び排気口２０を開口部として有し、筐体２内を前後方向に貫通するダクト状空間２２を形成している。

ダクト状空間２２内には、冷却装置１２の構成部品のうち、凝縮器１７、冷却ファン１８及びコンプレッサー１６が配置されている。一方、冷却器１３は、ダクト状空間２２の上方に配置されている。

冷却装置１２が駆動されているときには、冷却ファン１８が回転駆動されることにより、機外の空気が吸気口１９から機内に送り込まれる。そして、機内に送り込まれた空気が、ダクト状空間２２内において凝縮器１７及びコンプレッサー１６の周囲を通り、排気口２０から機外へ送り出されることにより、凝縮器１７及びコンプレッサー１６が冷却される。

筐体２の前面開口２Ａを覆う開閉扉３の下部には、吸気口１９の上方であって商品取出口８の下方となる位置に、２つの開口部２５が左右対称に形成されている。２つの開口部２５は、それぞれ左右方向に延びる複数のスリットからなり、これらの複数のスリットが互いに平行となるように上下方向に並べて形成されることにより構成されている。各開口部２５は、開閉扉３において冷却装置１２の前方に対向する部分に形成されている。各開口部２５には、それぞれスピーカ２３が設けられ、各スピーカ２３が前方に向けて配置されている。

２つのスピーカ２３は、開閉扉３内に形成された共通の内部空間２６内に配置されている。すなわち、２つの開口部２５が開閉扉３の内部空間２６を介して連通しており、これらの開口部２５にそれぞれ対向するようにスピーカ２３が配置されることにより、２つのスピーカ２３の背面側を連通する閉空間が形成されている。

開閉扉３の前面には、自動販売機１内で発生した騒音を入力するためのマイクロホン２４が設けられている。このマイクロホン２４は、開閉扉３の左右方向中央部を通って上下方向に延びる中心線上における吸気口１９の上方に配置されている。このように、マイクロホン２４を開閉扉３の左右方向中央部に配置するとともに、２つのスピーカ２３を開閉扉２内において左右対称に配置することにより、各スピーカ２３とマイクロホン２４の距離を同一にすることができる。

筐体２内の冷却装置１２から発生する駆動音は、吸気口１９から機外に漏洩し、筐体２の外部からマイクロホン２４に入力される。また、２つのスピーカ２３から出力される音は、それぞれ対向する開口部２５から機外に漏洩し、筐体２の外部からマイク２４に入力される。

なお、本実施の形態では、スピーカ２３を前方に向けて配置させた自動販売機の例について説明するが、スピーカ２３は後方に向けて、つまり、内部空間２６に向けて配置することもできる。

次に、本発明の実施の形態１によるフィードバック型アクティブ消音装置について、以下に説明する。このフィードバック型アクティブ消音装置は、自動販売機１内の冷却装置１２から発生した駆動音をスピーカ２３から出力する制御音で打ち消すことによって消音するアクティブノイズコントローラである。

<アクティブノイズコントローラ>
図４は、図１の自動販売機１の要部における構成例を示したブロック図であり、自動販売機１内に設けられたフィードバック型のアクティブ消音装置３０が示されている。このアクティブ消音装置３０は、マイクロホン２４及びスピーカ２３の他に、マイクアンプ３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、ＤＳＰ３３、Ｄ／Ａコンバータ３４及びスピーカアンプ３５により構成される。マイクアンプ３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、ＤＳＰ３３、Ｄ／Ａコンバータ３４及びスピーカアンプ３５は、例えば、開閉扉３の制御ユニット１０内に設けられている。

マイクロホン２４は、騒音を検出する入力手段である。マイクロホン２４の出力信号はマイクアンプ３１で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ３２へ入力される。Ａ／Ｄコンバータ３２は、増幅されたマイクロホン２４の出力信号をデジタル信号に変換し、検出信号としてＤＳＰ３３へ出力するアナログ−デジタル変換回路である。このＡ／Ｄコンバータ３２では、消音対象とする騒音の周波数よりも十分に高いサンプリングレート、例えば、３０００Ｈｚで検出信号のサンプリングが行われている。

スピーカ２３は、騒音を干渉によって打ち消すための制御音を出力する出力手段である。ＤＳＰ３３によって生成された制御音信号は、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号に変換され、スピーカアンプ３５へ出力される。スピーカ２３は、スピーカアンプ３５によって増幅された制御音信号に基づいて制御音を出力する。

ＤＳＰ３３は、アクティブ制御による消音処理回路であり、マイクロホン２４からの検出信号ｅｊに基づいて、騒音を打ち消すための制御音信号ｕｊを生成している。アクティブ制御による消音とは、騒音源が発する騒音に対して別の音源（２次音源）から音波を出力し、音波間の干渉によって騒音を低減させる方法である。このＤＳＰ３３では、例えば、所定の制御プログラムに従って消音処理が実行される。

<ＤＳＰ>
図５は、図４のＤＳＰ３３の構成例を示したブロック図である。このＤＳＰ３３は、帰還フィルタ１０１、参照信号生成部１０２、騒音制御フィルタ１０３、２次フィルタ１０４、係数更新部１０５、騒音レベル判定部１０６、出力制御部１０７及び係数初期化部１０８により構成される。

帰還フィルタ１０１は、制御音信号ｕｊから検出信号ｅｊに含まれる制御音の成分を求めるフィルタ処理部である。この帰還フィルタ１０１は、ＤＳＰ３３内で生成された制御音信号ｕｊが、検出信号ｅｊとして帰還されるまでの特性、つまり、制御音信号ｕｊがスピーカ２３から制御音として空間に放出され、さらにマイクロホン２４で検出信号ｅｊとして検出されるまでの伝達特性に近い伝達係数を有している。この伝達係数を用いて演算処理を行うことによって、制御音信号ｕｊから検出信号ｅｊに含まれる制御音の成分を求めている。

参照信号生成部１０２は、検出信号ｅｊ中に含まれる制御音の成分を除去することによって、参照信号ｘｊを求める演算処理部である。ここでは、マイクロホン２４で検出された検出信号ｅｊから、帰還フィルタ１０１で求められた制御音の成分を減算する減算処理部として構成され、検出信号ｅｊから制御音の成分を除去した参照信号ｘｊを生成している。

騒音制御フィルタ１０３は、参照信号ｘｊから制御音信号ｕｊを求めるフィルタ処理部である。騒音制御フィルタ１０３は、伝達係数Ｗ_ｊを保持する伝達係数記憶部１１３を備え、参照信号生成部１０２からの参照信号ｘｊは、所定の伝達係数Ｗ_ｊに基づいて、制御音信号ｕｊに変換される。この騒音制御フィルタ１０３では、騒音が制御音によって打ち消されるように、つまり、検出信号ｅｊが小さくなるように、参照信号Ｘｊの振幅及び位相を調整して制御音信号ｕｊとして出力している。

検出信号ｅｊは、マイクロホン２３によって検出された騒音及び制御音を含む信号であるため、この検出信号ｅｊから制御音信号ｕｊを求めるＤＳＰ３３は、フィードバック型のアクティブ消音装置である。このため、周期性のある騒音であれば、適切な伝達関数を用いることによって良好な消音効果を得ることができる。一方、周期性のない騒音は打ち消すことができず、消音に寄与しない不要な制御音を出力してしまう場合がある。

ここで、帰還フィルタ１０１の伝達係数は、例えば、アクティブ消音装置３０の電源投入時に同定され、その後の稼働中は固定されているものとする。これに対し、騒音制御フィルタ１０３は、伝達係数Ｗ_ｊが自動更新される適応フィルタであり、伝達係数Ｗ_ｊは一定の時間間隔で更新されているものとする。なお、伝達係数とは、入力信号の振幅及び位相を調整するための係数であり、例えば、周波数成分ごとに振幅及び位相を調整する係数であってもよい。

２次フィルタ１０４は、マイクロホン２４で検出された騒音成分をスピーカ２３の位置における値に変換するためのフィルタであり、帰還フィルタ１０１に対応するフィルタ処理部である。具体的には、帰還フィルタ１０１の伝達特性と同じ伝達関数のフィルタを用いることができる。この２次フィルタ１０４では、参照信号生成部１０２からの参照信号ｘｊを変換して係数更新部１０５へ出力する動作が行われる。

係数更新部１０５は、検出信号ｅｊと、２次フィルタ１０４による変換後の参照信号Ｘｊとに基づいて、騒音制御フィルタ１０３内の伝達係数Ｗ_ｊを更新する動作を行っている。この更新処理は、一定の時間間隔で行われ、検出信号ｅｊの音圧レベルが小さくなるように伝達係数Ｗ_ｊが最適化される。

具体的には、更新前の伝達係数Ｗ_ｊに対する更新後の伝達係数をＷ_ｊ＋１として、関係式Ｗ_ｊ＋１＝Ｗ_ｊ＋μ×Ｃ（ｚ）ｘｊ×ｅｊに基づいて伝達係数が更新される。この関係式におけるμは、ステップサイズパラメータと呼ばれる定数である。一般に、パラメータμを小さくすると、伝達係数Ｗ_ｊが最適化されるまでに要する時間が長くなる。伝達係数Ｗ_ｊを更新するレートは、Ａ／Ｄコンバータ３２が検出信号をＡ／Ｄ変換する際のサンプリングレート未満であるものとする。

騒音レベル判定部１０６は、マイクロホン２４からの検出信号ｅｊを所定の閾値ａ１と比較し、その比較結果を判定信号として出力制御部１０７及び係数初期化部１０８へ出力する。上記閾値ａ１は、Ａ／Ｄコンバータ３２が飽和状態となる強度レベルよりも小さな値であり、検出信号ｅｊの強度レベル、例えば振幅レベルがこの閾値ａ１を越えると判定信号を出力する。この騒音レベル判定部１０６による判定処理は、Ａ／Ｄコンバータ３２のサンプリングレート以上で行われ、各サンプルリングデータごとに閾値比較が行われるものとする。

出力制御部１０７は、騒音レベル判定部１０６による比較結果に基づいて、制御音信号ｕｊの出力を遮断している。具体的には、検出信号ｅｊの強度レベルが閾値ａ１よりも高くなり、騒音レベル判定部１０６が判定信号を出力している場合に、制御音信号ｕｊの出力を遮断し、騒音レベル判定部１０６から判定信号が出力されなくなると、制御音信号ｕｊの出力を再開する。

ここで、騒音レベル判定部１０６は、検出信号ｅｊの強度レベルが第１閾値ａ１よりも高くなった場合には、直ちに判定信号を出力し、制御音信号ｕｊの出力を遮断させる。一方、判定信号の出力中は、強度レベルが第２閾値ａ２以下となる状態が所定の判定時間ｔ１だけ継続しなければ、判定信号の出力を終了させない。つまり、検出信号ｅｊの強度レベルが第２閾値ａ２を下回っても、判定時間ｔ１未満の短時間だけであれば、判定信号の出力は継続される。

スピーカ２３は入力信号の遮断又は再開時に、例えば「ブツッ」というような音を出力してしまう。このため、出力制御部１０７が制御音信号ｕｊのオンオフを繰り返すと、スピーカ２３が騒音源になってしまう。このため、騒音レベル判定部１０６が、判定時間ｔ１を用いて判定することにより、過大な騒音が検出された場合には、制御音信号ｕｊを直ちに遮断する一方、断続的な騒音や、第２閾値ａ２をまたいで変動する騒音が検出された場合には、遮断状態を維持させ、出力制御部１０７がオンオフを繰り返すのを防止している。

なお、第２閾値は閾値ａ１と同じ値であってもよい。また、判定時間ｔ１は、例えば、缶入り飲料が自動販売機１内で落下して静止するまでに要する時間を考慮して予め定めることが望ましい。

缶入り飲料などを販売する自動販売機の場合、筐体内に収容している温度調整用のコンプレッサや冷却用ファンから比較的小音量の騒音が発生している。このような騒音は、回転動作に伴って発生する周期性を有する騒音であるため、フィードバック型アクティブ消音によって良好な消音効果が得られる。

一方、商品購入時に缶入り飲料が落下する音は周期性がなく、消音効果がほとんど期待できない。それだけでなく、この落下音は、コンプレッサなどの騒音に比べて遙かに大音量であることから、騒音の強度レベルがＡ／Ｄコンバータ３２を飽和させてしまう。騒音の強度レベルがＡ／Ｄコンバータ３２の入力レンジを越えると、騒音抑制フィルタ１０３は、消音に寄与しない高周波成分を含む制御音信号ｕｊを生成し、スピーカ２３が騒音源となる。

このため、騒音レベル判定部１０６が、検出信号ｅｊに基づいて判定信号を生成し、出力制御部１０７が、この判定信号に基づいて制御音信号ｕｊの出力を遮断することにより、消音に寄与しない高周波成分を含む不要な制御音がスピーカ２３から出力されるのを防止することができる。

係数初期化部１０８は、判定信号に基づいて、騒音制御フィルタ１０３内の伝達関数Ｗ_ｊを初期化する。過大な騒音が検出され、判定信号が出力された場合、判定信号の出力直前に伝達係数Ｗ_ｊの更新が行われることにより、伝達係数Ｗ_ｊが望ましくない値になっている場合がある。このため、判定信号に基づいて伝達係数を初期化することにより、その後に消音動作を再開させた場合に、望ましくない制御音が出力されるのを防止することができる。なお、伝達関数Ｗ_ｊの初期化は、判定信号が出力されるたびに行われればよく、判定信号の出力開始時でもよいし、出力終了時でもよい。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図４のアクティブ消音装置３０の動作例を示した図である。図６（ａ）には、横軸を時間軸とし、縦軸を信号レベルとしてマイクアンプ３１の出力信号の一例が示されている。図６（ｂ）には、横軸を時間軸としてアクティブノイズコントロール動作、つまり、出力制御部１０７のオン又はオフの状態が示されている。なお、ここでは、閾値ａ１及びａ２が等しい場合について説明する。

マイクアンプ３１の出力信号の振幅レベルが、ａ１を上回ると、出力制御部１０７は、オン状態からオフ状態に切り替えられる。すなわち、制御音信号ｕｊの出力レベルを低下させる動作が行われる。ここで、第１閾値ａ１は、Ａ／Ｄコンバータ３２が飽和状態となる信号強度の下限値ｂよりも小さな値となっている。

アクティブノイズコントロールのオフ状態は、マイクアンプ３１の出力信号の振幅レベルが少なくともａ１（＝ａ２）以下となってから判定時間ｔ１が経過するまで継続され、判定時間ｔ１が経過すると、オン状態に自動的に切り替えられる。すなわち、振幅レベルがａ１よりも高くなってオフ状態に切り替えられた後、信号レベルがａ１以下となった場合に、信号レベルがａ１以下の状態が判定時間ｔ１以上継続した場合に、オン状態に切り替えられる。

一方、信号レベルがａ１以下となってから判定時間ｔ１が経過するまでに、信号レベルが再度、ａ１を上回ると（経過時間ｔ２<ｔ１）、出力制御部１０７はオン状態に切り替えられない。この様に構成することにより、信号レベルがａ１よりも高くなってアクティブノイズコントロールをオフさせた際に、信号レベルがａ１以下の状態が判定時間ｔ１以上継続した場合に元のオン状態に戻されるので、アクティブノイズコントロールのオン又はオフが頻繁に行われるのを抑制することができ、また、過大な騒音が断続的に検出されている場合に制御音の出力が再開されるのを抑制することができる。

本実施の形態によれば、検出信号ｅｊの強度レベルと閾値ａ１との比較結果から強度レベルが閾値ａ１よりも高くなったことが検知されると、制御音信号ｕｊの出力レベルを自動的に低下させるので、Ａ／Ｄコンバータ３２を飽和させる騒音が検出された場合に、消音に寄与しない高周波が制御音として出力されるのを抑制することができる。また、検出信号ｅｊの強度レベルに基づいて制御音信号ｕｊの出力を遮断しているので、周期性のない過大な騒音がマイクロホン２４に入力された場合に、過大な制御音が出力されるのを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、出力制御部１０７が、騒音制御フィルタ１０３から出力された制御音信号ｕｊを遮断することにより、不要な制御音が出力されるのを抑制する場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合には限定されない。例えば、参照信号ｘｊを遮断するものであってもよいし、騒音制御フィルタ１０３による制御音信号ｕｊの出力動作を制御するものであってもよい。

また、本実施の形態では、出力制御部１０７が、制御音信号ｕｊの出力を遮断する場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合に限定されない。すなわち、判定信号に基づいて、制御音の出力を抑制するものであればよく、制御音の出力を完全に遮断するものには限定されない。例えば、出力制御部１０７は、制御音信号ｕｊを減衰させ、制御音の音量を低下させる減衰手段であってもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、騒音レベル判定部１０６による比較結果に基づいて、出力制御部１０７が制御音信号ｕｊの出力を遮断し、係数初期化部１０８が、騒音制御フィルタ１０３内の伝達係数ｗ_ｊを初期化する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、出力制御部１０７がオペレータによる操作入力に基づいて制御音信号ｕｊの出力を遮断する場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態２によるフィードバック型アクティブ消音装置を備えた自動販売機の概略構成の一例を示した図であり、自動販売機１の商品補充用の開閉扉３を開いた状態が示されている。この自動販売機１には、開閉扉３の背面中央部にＤＳＰリセットスイッチ４２が設けられ、背面下部に開閉検出スイッチ４１が設けられている。

開閉検出スイッチ４１は、開閉扉３の開閉を検出するための検出装置である。ＤＳＰリセットスイッチ４２は、自動販売機１の設置時などに、ＤＳＰ３３を初期化するための入力装置である。このＤＳＰリセットスイッチ４２を操作して開閉扉３を閉めると、開閉扉３が閉まってから一定時間が経過した後に、ＤＳＰ３３の初期化処理が開始される。

ＤＳＰ３３の初期化処理は、例えば、騒音制御フィルタ１０３が保持している伝達係数Ｗ_ｊが初期化されるとともに、帰還フィルタ１０１の伝達係数を同定する動作が行われる。帰還フィルタ１０１の伝達係数の同定は、スピーカ２３から白色雑音を出力することによって行われる。

図８は、図７の自動販売機１の要部における構成例を示したブロック図であり、ＤＳＰ３３の他の構成例が示されている。このＤＳＰ３３を図５の場合と比較すれば、操作検知部４３を備えている点で異なる。

操作検知部４３は、購入者や管理者などによる人為的な操作入力を検知する検知手段であり、例えば、開閉扉３の開閉、ＤＳＰリセットスイッチ４２、購入ボタン７Ａ、返却レバー５Ｃの操作、硬貨の投入などが検知される。

出力制御部１０７では、操作検知部４３による検知結果に基づいて、制御音信号ｕｊの出力を遮断する動作が行われる。例えば、商品を補充するために、管理者が開閉扉３を開けた場合に、開閉扉３が開いたことを検知して制御音信号ｕｊが遮断される。また、商品を購入するために、購入ボタン７Ａが操作された場合には、購入ボタン７Ａの操作を検知して制御音信号ｕｊが遮断される。また、商品購入のために硬貨が硬貨投入口５Ａに投入されたことを検知して制御音信号ｕｊが遮断される。

一般に、自動販売機１では、開閉扉３の開閉時、購入ボタン７Ａの操作によって缶入り飲料が自動販売機１内で落下する際や、返却レバー５Ｃの操作によって硬貨が硬貨返却口６から返却される際には、比較的大きな音が発生する。この様な人為的操作によって、その後に大きな音が発生することが想定される場合には、操作入力の検知結果に基づいて制御音信号ｕｊの出力を遮断させている。

操作検知部４３の出力に基づく制御音信号ｕｊの遮断は、騒音が発生する前に、その発生を予測するものである。このため、操作検知部４３の出力に基づいて、出力制御部１０７が、制御音の出力を遮断する場合であっても、係数更新部１０５が伝達係数Ｗ_ｊの更新を停止していれば、係数初期化部１０８が伝達係数Ｗ_ｊを初期化する必要はない。

出力制御部１０７は、操作検知部４３が人為的操作を検出することによって、制御音信号ｕｊの出力を遮断した場合、その後、一定時間が経過すれば、制御音信号ｕｊの出力を再開する。人為的操作による騒音の発生は、発生時間が予め想定できることから、一定時間だけ遮断した後は、制御音信号ｕｊの出力を再開させることができる。

ただし、開閉扉３の開閉検出については、開操作や解錠操作が検出された場合に、制御音信号ｕｊの出力を直ちに遮断する一方、閉操作が検出されてから一定時間が経過した場合に、制御音信号ｕｊの出力を再開するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態２では、人為的操作の検出時から一定時間が経過するまで、制御音信号ｕｊの出力を遮断する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、人為的操作の検出時に制御音信号ｕｊの遮断を開始するが、制御音信号ｕｊの出力の再開は、検出信号ｅｊの強度レベルに基づいて行う場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態３による自動販売機１の要部における構成例を示したブロック図であり、ＤＳＰ３３の更に他の構成例が示されている。このＤＳＰ３３を図８の場合と比較すれば、操作検知部４３の出力が騒音レベル判定部１０６に入力されている点で異なる。

騒音レベル判定信号１０６では、検出信号ｅｊが、第１閾値ａ１を越えた場合における制御音信号ｕｊの遮断動作や、その後の再開動作は、実施の形態１の場合と同様に行われる。一方、人為的操作が行われた場合には、操作検知部４３の出力に基づいて判定信号が出力される。従って、制御音信号ｕｊの遮断動作は、実施の形態２の場合と同様であるが、その後の再開動作は、実施の形態１の場合と同様となる。

すなわち、人為的操作が検出された場合には、直ちに制御音信号ｕｊの出力を遮断する。その後、一定時間内に検出信号ｅｊのレベルが第１閾値ａ１を越えなければ、制御音信号ｕｊの出力を再開する。この場合の動作は、実施の形態２と全く同様の動作となる。しかしながら、一定時間内に検出信号ｅｊが第１閾値ａ１を越えれば、その後に第２閾値を下回った状態が所定の判定時間だけ継続するまで制御音信号ｕｊの出力を遮断する。このような構成により、人為的操作が検出された場合には直ちに制御音の出力を遮断させる一方で、制御音を遮断させている時間は、騒音の発生時間に応じて変化させることができる。

本発明の実施の形態１によるフィードバック型アクティブ消音装置を備えた自動販売機の概略構成の一例を示した図である。 図１の自動販売機１の開閉扉３を開いた状態を示した図である。 図１の自動販売機１の側断面図である。 図１の自動販売機１の要部における構成例を示したブロック図であり、自動販売機１内に設けられたフィードバック型のアクティブ消音装置３０が示されている。 図４のＤＳＰ３３の構成例を示したブロック図である。 図４のアクティブ消音装置３０の動作例を示した図である。 本発明の実施の形態２によるフィードバック型アクティブ消音装置を備えた自動販売機の概略構成の一例を示した図であり、自動販売機１の商品補充用の開閉扉３を開いた状態が示されている。 図７の自動販売機１の要部における構成例を示したブロック図であり、ＤＳＰ３３の他の構成例が示されている。 本発明の実施の形態３による自動販売機１の要部における構成例を示したブロック図であり、ＤＳＰ３３の更に他の構成例が示されている。

符号の説明

１ 自動販売機
２３ スピーカ
２４ マイクロホン
３０ アクティブ消音装置
３１ マイクアンプ
３２ Ａ／Ｄコンバータ
３３ ＤＳＰ
３４ Ｄ／Ａコンバータ
３５ スピーカアンプ
４１ 開閉検出スイッチ
４２ ＤＳＰリセットスイッチ
４３ 操作検知部
１０１ 帰還フィルタ
１０２ 参照信号生成部
１０３ 騒音制御フィルタ
１０４ ２次フィルタ
１０５ 係数更新部
１０６ 騒音レベル判定部
１０７ 出力制御部
１０８ 係数初期化部

Claims (6)

1. 騒音を検出するマイクロホンと、上記騒音を抑制するための制御音を出力するスピーカと、上記マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換して検出信号を生成するＡ／Ｄコンバータと、上記検出信号から上記制御音の成分を除去した参照信号を求める参照信号生成手段と、上記参照信号に基づいて上記スピーカを駆動するための制御音信号を生成する制御音信号生成手段とを備えたフィードバック型アクティブ消音装置において、
   上記検出信号を上記Ａ／Ｄコンバータの飽和レベル以下の閾値と比較して判定信号を生成する騒音レベル判定手段と、
   上記判定信号に基づいて、上記制御音の出力を抑制する制御音抑制手段とを備えたことを特徴とするフィードバック型アクティブ消音装置。
2. 上記制御音抑制手段は、上記判定信号に基づいて上記制御音の出力を遮断し、
   上記騒音レベル判定手段は、上記検出信号が第１閾値を越えた場合に、上記検出信号が第１閾値以下の第２閾値を下回っている状態が所定時間継続するまで上記判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のフィードバック型アクティブ消音装置。
3. 上記制御音信号生成手段は、伝達係数を保持する伝達係数記憶手段と、上記伝達係数を用いて、上記参照信号を上記制御音信号に変換する騒音制御フィルタと、上記検出信号に基づいて上記伝達係数を更新する係数更新手段とを備え、
   上記判定信号に基づいて、上記伝達係数を初期化することを特徴とする請求項１に記載のフィードバック型アクティブ消音装置。
4. 温度調節用のコンプレッサと、上記コンプレッサの騒音を抑制するためのフィードバック型アクティブ消音装置とを備え、
   上記フィードバック型アクティブ消音装置が、騒音を検出するマイクロホンと、上記騒音を抑制するための制御音を出力するスピーカと、上記マイクロホンの出力をＡ／Ｄ変換して検出信号を生成するＡ／Ｄコンバータと、上記検出信号から上記制御音の成分を除去した参照信号を求める参照信号生成手段と、上記参照信号に基づいて、上記スピーカを駆動するための制御音信号を生成する制御音信号生成手段とを有する自動販売機において、
   上記検出信号を上記コンプレッサの騒音レベルを越え、かつ、上記Ａ／Ｄコンバータの飽和レベル以下となる閾値と比較して判定信号を生成する騒音レベル判定手段と、
   上記判定信号に基づいて、上記制御音の出力を抑制する制御音抑制手段とを備えたことを特徴とする自動販売機。
5. 上記コンプレッサは、筐体内に収容され、
   上記マイクロホンは、上記筐体外の騒音を検出することを特徴とする請求項４に記載の自動販売機。
6. 人為的操作を検出する操作検出手段と、
   上記操作検出手段による検出結果に基づいて、上記制御音の出力を抑制する制御音抑制手段とを備え、
   上記制御音抑制手段は、上記操作検出手段による検出結果に基づいて上記制御音の抑制を開始し、上記判定信号に基づいて上記制御音の抑制を終了することを特徴とする請求項１に記載のフィードバック型アクティブ消音装置。

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