JP6171752B2 - 騒音軽減装置 - Google Patents

Description

本発明は、騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波を出力することによって騒音を軽減する騒音軽減装置に関する。

上記の騒音軽減装置として、送風扇としてのファンから離れた位置に逆位相の音波を出力するスピーカを配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９３９９４０号公報

しかしながら、上記騒音軽減装置では、ファンからの騒音による音場は風の影響によって特殊な形状を有するため、騒音を軽減する効果が少ない。
そこでこのような問題点を鑑み、騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波を出力することによって騒音を軽減する騒音軽減装置において、ファンからの騒音を良好に軽減できるようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するために成された本発明の騒音軽減装置において、音波生成部は、送風を行うファンからの騒音の逆位相となる音波を生成する。そして、音波出力部は、生成された音波を、ファンからの風が通過する通過領域の内側において風の進行方向に向けて出力する。

このような騒音軽減装置によれば、通過領域内において風の進行方向に向けて音波出力部を設けているので、出力した音波も騒音と同様の風の影響を受けることになる。よって、出力した音波をファンからの音場と同様の形状にすることができるので、ファンからの騒音を良好に軽減することができる。

なお、「ファンからの騒音の逆位相となる音波」は、マイクによって騒音を集音することで、この騒音の逆位相となる音波を生成していてもよいし、ファンの回転数の情報を取得し、回転数によって予め設定された音波を生成してもよい。また、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、発明の目的を達成できる範囲内において一部構成を除外してもよい。

本発明が適用された騒音軽減装置１の概略構成を示すブロック図である。 超音波生成部１０が処理する波形の一例を示す説明図である。 実施形態において超音波スピーカの配置および特性を示す説明図である。 ファン２１によって形成される騒音の音場を示す側面図である。 参考例において超音波スピーカの配置および特性を示す説明図である。 ファン２１と超音波スピーカ３０，３１との位置関係を示す説明図である。 変形例における騒音軽減装置の概略構成を示すブロック図である。 変形例において超音波スピーカの配置および特性を示す説明図である。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［本実施形態の構成］
本発明が適用された騒音軽減装置１は、騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波（騒音による音圧をキャンセルするための波形を有する音波）を出力することによって騒音を軽減するための装置である。騒音軽減装置１は、図１に示すように、超音波生成部１０と、ファン制御部２０と、ファン２１と、超音波アンプ２５，２６と、超音波スピーカ３０，３１とを備えている。

ファン制御部２０は、送風扇であるファン２１を駆動するための周知の駆動回路を備えている。ファン制御部２０は、例えば駆動回路を介してファン２１を駆動するモータにＰＷＭ駆動信号を送り、ＰＷＭ駆動信号に応じた回転数でファン２１を回転させる。また、ファン制御部２０は、ファン２１の回転数を認識可能な情報（例えば、目標回転数やデューティ比等を示す情報）を超音波生成部１０に送る。

超音波生成部１０は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２を備えた周知のコンピュータとして構成されている。特に、超音波生成部１０は、回転数・波形情報データベース（ＤＢ）１３を備えている。回転数・波形情報データベース１３には、ファン制御部２０から送られてくる回転数情報と騒音波形とが回転数情報毎に対応付けられている。

超音波生成部１０は、メモリ１２に格納されたプログラムに基づいて、超音波振幅変調部１４としての機能を実現する。ここで、超音波振幅変調部１４としての機能では、ファン２１の回転数情報に対応する雑音の波形（例えば図２（ａ）に示すような波形を有する雑音の波形（音圧の強弱））を回転数・波形情報データベース１３から取得する。そして、図２（ｂ）に示すような、所定の周波数（例えば４０ｋＨｚ）を有する振幅一定の超音波の波形を、振幅変調することによって、図２（ｃ）に示すように、雑音の波形の逆位相となるように振幅が変更された波形を生成する。

なお、この波形を生成するためには、振幅一定の超音波の波形を振幅変調した後、出力レベルが負となる部分を正の値に反転させる。すなわち、振幅変調後の波形の絶対値を取る。

超音波アンプ２５，２６は、超音波生成部１０にて生成された超音波の波形を増幅することで、雑音の音圧レベルと概ね等しくなるようにして、超音波スピーカ３０，３１からそれぞれ出力する。本実施形態においては、２つの超音波アンプ２５，２６と、各アンプ２５，２６に対応する超音波スピーカ３０，３１を設けているため、異なる２種類の波形を有する超音波を出力することができる。なお、１種類の超音波だけを出力できればよい場合には、１つの超音波アンプだけを備えていればよい。

超音波スピーカ３０，３１は、人間の可聴帯域よりも高い周波数（２０ｋＨｚ以上）の空気振動を発生させる超音波発生器であり、例えば、超音波再生に適した圧電スピーカ（セラミックスピーカ、ピエゾスピーカ等）として構成されている。超音波スピーカ３０，３１は、図３（ａ）に示すように、ある平面上に複数のスピーカが規則正しく並べられたアレイスピーカを構成している。

この構成において、超音波アンプ２５が対応する複数の超音波スピーカ３０と超音波アンプ２６が対応する複数の超音波スピーカ３１とは、図３（ａ）に示すように、それぞれ渦状に配置されている。ここで、ファン２１による騒音の分布は図４に示すが、図４においては、音圧が大きな部位ほど濃いハッチングで表現されている。図４からはファン２１からの騒音が不均一に螺旋状に分布していることが分かる。

このようにファン２１からの騒音が不均一に螺旋状に分布しているため、超音波スピーカ３０，３１から出力される超音波も螺旋状に放出されるように、超音波スピーカ３０及び超音波スピーカ３１を渦状に配置している。

そして、超音波アンプ２５が対応する超音波スピーカ３０からは逆位相の音波を出力し、超音波アンプ２６が対応する超音波スピーカ３１からは、逆位相の音波とは位相をずらした異位相の音波を生成する。

異位相の音波が逆位相の音波と１８０度位相がずれている場合、図３（ｂ）に示すような音場領域が形成される。すなわち、音源（超音波スピーカ３０，３１の配置場所）から音波の進行方向正面に対して約４５度の範囲内が音場領域５０となることがわかる。

このように超音波スピーカ３０，３１から出力される音波を互いに干渉させることで、音場領域５０の広がり方（領域の広さ）を、ファン２１からの騒音の拡散範囲に合わせて調節することができるようにしている。すなわち、図４に示す例ではファン２１からの騒音が概ね４５度の範囲内に拡散しているので、図３（ｂ）に示すように約４５度の範囲内が音場領域５０となるようにすればよいことが分かる。

なお、このようなアレイスピーカにおいては、図５（ａ）に示すように、各超音波スピーカ３０，３１から同一波形の音波を出力すると、図５（ｂ）に示すように、各超音波スピーカ３０，３１からの出力が増幅されて、より遠くまで音波を到達させることができるようになる。このように４０ｋＨｚ程度の超音波を本構成で出力する場合、この超音波が拡散する範囲は概ね２０度の範囲内となる。

また、このような騒音軽減装置１の超音波スピーカ３０，３１は、例えば図６に示すように配置される。すなわち、超音波スピーカ３０，３１は、ファン２１からの風が通過する通過領域６０の内側において風の進行方向に向けて配置されている。特に、超音波スピーカ３０，３１は、ファン２１前方の回転中心軸上に配置されている。

［本実施形態による効果］
以上のように詳述した騒音軽減装置１において、超音波生成部１０は、回転数・波形情報ＤＢ１３、超音波振幅変調部１４としての機能を用いて、送風を行うファン２１からの騒音の逆位相となる音波を生成する。そして、超音波スピーカ３０，３１は、生成された音波を、ファン２１からの風が通過する通過領域６０の内側において風の進行方向に向けて出力する。

このような騒音軽減装置１によれば、通過領域６０内において風の進行方向に向けて超音波スピーカ３０，３１を設けているので、出力した音波も騒音と同様の風の影響を受けることになる。よって、出力した音波をファン２１からの音場と同様の形状にすることができるので、ファン２１からの騒音を良好に軽減することができる。

なお、「ファン２１からの騒音の逆位相となる音波」は、マイクによって騒音を集音することで、この騒音の逆位相となる音波を生成していてもよいし、ファン２１の回転数の情報を取得し、回転数によって予め設定された音波を生成するなどしてもよい。

また、上記騒音軽減装置１において、超音波生成部１０は、回転数・波形情報ＤＢ１３、超音波振幅変調部１４としての機能を用いて、超音波にて騒音の逆位相となる音波を生成する。

このような騒音軽減装置１によれば、直進性が高い超音波を用いることでファン２１の後方に出力した音波が漏れないようにすることができる。
また、上記騒音軽減装置１において、超音波スピーカ３０，３１は、アレイ配置された複数のスピーカを備えている。

このような騒音軽減装置１によれば、複数のスピーカによる出力を互いに干渉させることによって超音波の出力を容易に制御することができる。なお、「アレイ配置」とは位置関係が規則正しく並んでいることを示す。

さらに、上記騒音軽減装置１において、超音波生成部１０は、回転数・波形情報ＤＢ１３、超音波振幅変調部１４としての機能を用いて、複数のスピーカの一部から出力される音波として、騒音の位相の逆位相の音波を生成し、複数のスピーカの他の一部から出力される音波として、逆位相の音波とは位相をずらした異位相の音波を生成する。

このような騒音軽減装置１によれば、複数のスピーカからの音波を互いに干渉させることで音場領域５０の範囲を自在に設定することができる。
また、上記騒音軽減装置１においては、複数のスピーカのうち、逆位相の音波を出力するスピーカ、および異位相の音波を出力するスピーカは、それぞれ渦状に配置されている。

このような騒音軽減装置１によれば、ファン２１からの騒音の音場が螺旋状に形成されるので、形状を合わせることでより騒音を抑制する効果が得られる。
また、上記騒音軽減装置１において、超音波スピーカ３０，３１は、ファン２１の回転中心軸上に配置されている。

このような騒音軽減装置１によれば、騒音の発生源までの距離を均一にすることができるので、騒音の大きさと発生させた音波の出力との整合を取りやすくすることができる。よって、より騒音を抑制しやすくすることができる。

［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。

上記実施形態においては、ファン２１の回転数に対応する騒音の情報を予め保持するように構成したが、例えば、図７に示すように構成してもよい。すなわち、図７に示す変形例の騒音軽減装置２においては、前述の騒音軽減装置１が備えていたファン制御部２０に換えてマイク５５を備えており、超音波生成部１０においては、回転数・波形情報ＤＢ１３に換えて波形解析部１６としての機能を備えている。

マイク５５は、空気振動を電気信号に変換する周知のマイクとして構成されており、音場領域５０の外部に配置される。超音波生成部１０は、波形解析部１６としての機能を用いて、例えば図２（ａ）に示すような波形を有する雑音の波形（音圧の強弱）をマイク５５によって生成された電気信号に従って解析し、超音波振幅変調部１４としての機能を用いて、雑音を減衰させるための音波を生成する。

また、上記実施形態における超音波スピーカ３０，３１は、異なる位相の音波を出力するスピーカ３０，３１を渦状に配置したが、例えば、図８に示すように、異なる位相の音波を出力するスピーカ３０，３１を交互に配置してもよい。

これらのようにしても、上記実施形態の騒音軽減装置１と概ね同様の効果が得られる。
［実施形態の構成と本発明の構成との対応関係］
上記実施形態における超音波振幅変調部１４、波形解析部１６は、本発明でいう音波生成部に相当する。また、上記実施形態における超音波スピーカ３０，３１は本発明でいう音波出力部に相当する。

１，２…騒音軽減装置、１０…超音波生成部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１３…回転数・波形情報ＤＢ、１３…波形解析部、１４…超音波振幅変調部、１６…波形解析部、２０…ファン制御部、２１…ファン、２５，２６…超音波アンプ、３０，３１…超音波スピーカ、５０…音場領域、５５…マイク、６０…通過領域。

Claims (6)

1. 騒音による波形と逆位相となる波形を有する音波を出力することによって騒音を軽減する騒音軽減装置（１）であって、
   送風を行うファン（２１）からの騒音の逆位相となる音波を生成する音波生成部（１３、１４）と、
   生成された音波を、前記ファンからの風が通過する通過領域の内側において前記風の進行方向に向けて出力する音波出力部（３０，３１）と、
   を備え、
   前記音波出力部は、前記ファンの回転中心軸上において前記ファンよりも風の進行方向前方であって、かつ前記風の進行方向に向けて配置されている
   ことを特徴とする騒音軽減装置。
2. 請求項１に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波生成部は、超音波にて前記騒音の逆位相となる音波を生成すること
   を特徴とする騒音軽減装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は、アレイ配置された複数のスピーカを備えていること
   を特徴とする騒音軽減装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波出力部は、複数のスピーカを備え、
   前記音波生成部は、前記複数のスピーカの一部から出力される音波として、前記騒音の位相の逆位相の音波を生成し、前記複数のスピーカの他の一部から出力される音波として、前記逆位相の音波とは位相をずらした異位相の音波を生成すること
   を特徴とする騒音軽減装置。
5. 請求項４に記載の騒音軽減装置において、
   前記複数のスピーカのうち、前記逆位相の音波を出力するスピーカ、および前記異位相の音波を出力するスピーカは、それぞれ渦状に配置されていること
   を特徴とする騒音軽減装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の騒音軽減装置において、
   前記音波生成部は、前記ファンの回転数を取得し、前記ファンの回転数に応じて予め準備された騒音波形に対して逆位相となる波形を生成すること
   を特徴とする騒音軽減装置。