JP6179062B2

JP6179062B2 - 能動騒音制御装置、プログラム、レンジフード装置

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Publication number: JP6179062B2
Application number: JP2016512576A
Authority: JP
Inventors: 正也花園; 山田　和喜男; 和喜男山田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2017-08-16
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Description

本発明は、能動騒音制御装置、プログラム、レンジフード装置に関し、特にアクティブノイズ制御を利用する能動騒音制御装置、プログラム、レンジフード装置に関する。

従来、騒音源が発する音が伝播する対象空間（騒音伝播路）において騒音を低減させる技術として、アクティブノイズ制御を用いた能動騒音制御装置があった（文献１［日本国特許公開番号１９９２−２１３４９８］）。アクティブノイズ制御とは、騒音の逆位相、同振幅のキャンセル音を放射することによって、能動的に騒音を低減させる技術である。しかしながら、消音の対象である対象空間は、音波の進行が制限された非開放空間であって、音響的に固有の共振周波数を有しているから、共振周波数近傍の帯域では、共振により伝達特性が悪化し、結果的に消音性能が低下する可能性があった。文献１では、能動騒音制御装置において、吸音材を併用することで、ダクト等の対象空間での共振による消音性能の低下を防止する構成が提案されている。

対象空間に固有の共振周波数には、１次共振周波数を基本周波数として、１次共振周波数の整数倍の共振周波数である２次共振周波数、３次共振周波数、４次共振周波数などの高次共振周波数がある。ここに、対象空間の音の伝達関数（伝達特性）では、隣り合う共振周波数の間に、振幅が低下するディップ帯域が発生することがある。

能動騒音制御装置は、対象空間における伝達関数のディップ帯域では消音性能が低下する傾向がある。従来の能動騒音制御装置では、伝達関数のディップ帯域における消音性能の低下が問題となっていた。

本発明の目的は、対象空間の共振によって生じる伝達関数のディップ帯域による消音特性の劣化を抑制できる能動騒音制御装置、プログラム、レンジフード装置を提供することである。

本発明に係る形態の能動騒音制御装置は、騒音源から発せられた騒音が伝播する対象空間に設けられて前記騒音を集音する第１の音入力器と、キャンセル信号を受け取り前記騒音を打ち消すキャンセル音を前面から前記対象空間に出力する音出力器と、前記対象空間において前記騒音と前記キャンセル音との合成音を集音する第２の音入力器と、前記第１の音入力器の出力および前記第２の音入力器の出力に基づいて生成した前記キャンセル信号を出力する信号処理装置と、前記音出力器の後面側に形成された後気室と、前記音出力器が後面から前記後気室に出力した前記キャンセル音の逆位相波を前記後気室から前記対象空間に伝達させる第１の音響伝達部とを備える。

本発明に係る形態のプログラムは、上述したコンピュータを、上述した能動騒音制御装置を構成する前記消音回路として機能させるためのプログラムである。なお、上記プログラムを提供する媒体は、コンピュータで読取可能な記録媒体であってもよい。

本発明に係る形態のレンジフード装置は、上述した能動騒音制御装置と、前記対象空間を構成する中空筒状の通気路と、前記通気路の一端から他端に向かう気流を発生させる送風装置とを備える。

実施形態のレンジフード装置の構成例を示す図である。実施形態のレンジフード装置の外観を示す斜視図である。実施形態におけるフードの構成例を示す断面図である。実施形態におけるフードの構成例を示す平面図である。図５Ａは第１の音響伝達部を設けない比較例の伝達特性を示し、図５Ｂは第１の音響伝達部を設けない比較例消音特性を示すグラフである。図６Ａは実施形態の伝達特性を示し、図６Ｂは実施形態の消音特性を示すグラフである。実施形態の効果を説明する図である。実施形態におけるフードの他の構成例を示す断面図である。実施形態におけるフードのさらに他の構成例を示す断面図である。実施形態におけるフードの別の構成例を示す断面図である。実施形態におけるフードの別の構成例を示す平面図である。実施形態におけるフードのさらに別の構成例について一部を拡大した断面図である。実施形態におけるフードのまた別の構成例について一部を拡大した断面図である。

図１に能動騒音制御装置１を組み込んだレンジフード装置２の構成例を示す。

レンジフード装置２は、図２に示すように、台所の厨房器具の上方に配設されたフード２１を備える。フード２１は、下面に吸気口２１ａを設けた中空筒状に形成されており、フード２１は、吸気口２１ａからフード２１内に室内空気を取り込んで室外に排出するファン２２（図１参照）を内部に備えている。すなわち、フード２１内の空間が通気路であり、ファン２２は、フード２１の吸気口２１ａから排気口２１ｃ（図１参照）に向かう気流を通気路に発生させる。

レンジフード装置２は整流板２３を備え、整流板２３の周囲に吸気口２１ａが形成される。整流板２３は、吸気効率を向上させている。また、レンジフード装置２の前面には操作部２４が設けられており、操作部２４は、レンジフード装置２の各動作の操作スイッチ、動作状態を示す表示灯等を備える。

ファン２２が動作すると、ファン２２の動作音が通気路を伝播し、吸気口２１ａから室内に伝わる。すなわち、ファン２２が騒音源になり、フード２１内の空間を通して、騒音が室内に伝播する。言い換えると、フード２１内の空間で消音を行うことにより、騒音源から吸気口２１ａまで伝播する騒音が低減される。本実施形態では、ファン２２の動作時に室内に伝わる騒音を抑制するために、能動騒音制御装置１が設けられている。以下では、消音の対象であるフード２１内の空間を「対象空間」という。能動騒音制御装置１は、図１に示すように、音入出力装置１１、消音回路１２を備える。

音入出力装置１１は、参照マイクロホン１１１（第１の音入力器）、誤差マイクロホン１１２（第２の音入力器）、スピーカ（音出力器）１１３を備える。参照マイクロホン１１１は、フード２１内のファン２２側に位置する。誤差マイクロホン１１２は、フード２１内の吸気口２１ａ側に位置する。スピーカ１１３は、対象空間２１ｂにおいて、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間に位置している。すなわち、騒音源であるファン２２から吸気口２１ａに至るまでに、参照マイクロホン１１１、スピーカ１１３、誤差マイクロホン１１２の順に配置されている。

消音回路１２は、増幅器１２１，１２２，１２３と、Ａ／Ｄ変換器１２４，１２５と、Ｄ／Ａ変換器１２６と、信号処理装置１２７とを備える。なお、信号処理装置１２７は、プログラムに従って動作するデバイスを備え、このデバイスは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などから選択される。

参照マイクロホン１１１から出力されたアナログ信号は、増幅器１２１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２４によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１２４から出力されたデジタル信号は、信号処理装置１２７に入力される。また、誤差マイクロホン１１２から出力されたアナログ信号は、増幅器１２２で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２５によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１２５から出力されたデジタル信号は、信号処理装置１２７に入力される。

信号処理装置１２７は、誤差マイクロホン１１２が設置された位置を消音点として、消音点における音圧レベルが最小になるよう、ファン２２の騒音を打ち消すキャンセル音をスピーカ１１３から出力させる。すなわち、信号処理装置１２７からデジタル信号であるキャンセル信号が出力され、このキャンセル信号は、Ｄ／Ａ変換器１２６によってＤ／Ａ変換された後、増幅器１２３で増幅される。そして、増幅器１２３から出力されたアナログ信号であるキャンセル信号でスピーカ１１３が駆動され、スピーカ１１３からキャンセル音が出力される。

スピーカ１１３がキャンセル音を出力することによって、ファン２２から吸気口２１ａを通ってフード２１外に伝わる騒音が抑制される。信号処理装置１２７は、アクティブノイズ制御を行っており、騒音源となるファン２２の騒音変化、騒音伝播特性の変化に追従するために、適応フィルタの機能を有する。この適応フィルタのフィルタ係数の更新には、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳ逐次更新制御アルゴリズム（LMS: Least Mean Square）が使用される。

以下、能動騒音制御装置１の動作について説明する。

参照マイクロホン１１１は、ファン２２が発生する騒音を含む音を電気信号に変えた参照信号を出力する。信号処理装置１２７は、増幅器１２１およびＡ／Ｄ変換器１２４を通してデジタル信号である参照信号を受け取る。ここに、Ａ／Ｄ変換器１２４は、増幅器１２１によって増幅された参照信号を、予め決められたサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し、デジタル信号である参照信号を信号処理装置１２７へ出力する。

誤差マイクロホン１１２は、消音点においてキャンセル音によって消去しきれなかった残留騒音を含む音を電気信号に変えた誤差信号を出力する。信号処理装置１２７は、増幅器１２２およびＡ／Ｄ変換器１２５を通してデジタル信号である誤差信号ｅを受け取る。ここに、Ａ／Ｄ変換器１２５は、増幅器１２２によって増幅された誤差信号をＡ／Ｄ変換器１２４と同じサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し、デジタル信号である誤差信号ｅを信号処理装置１２７へ出力する。

信号処理装置１２７は、ハウリングキャンセルフィルタ１３１（Howling Cancel Filter）、減算器１３２、補正フィルタ１３３、係数更新部１３４、消音フィルタ１３５を備える。

ハウリングキャンセルフィルタ１３１は、スピーカ１１３から参照マイクロホン１１１に至る音波の伝達関数Ｆを模擬した伝達関数Ｆ＾がフィルタ係数として設定されたＦＩＲフィルタ（FIR:Finite Impulse Response Filter）である。本実施形態で記号（＾）（ハット記号）を従属させた符号（たとえば、符号Ｆに対する符号Ｆ＾）は、図でハット記号を上に付した符号に相当する。ハット記号を付した符号は、ハット符号を付していない符号で表している伝達関数を模擬した伝達関数を表す。たとえば、符号Ｆ＾は、伝達関数Ｆを模擬した伝達関数を表す。

ハウリングキャンセルフィルタ１３１は、消音フィルタ１３５が出力するキャンセル信号Ｙに伝達関数Ｆ＾を畳み込み演算する。減算器１３２は、Ａ／Ｄ変換器１２４から出力された参照信号からハウリングキャンセルフィルタ１３１の出力を減じた騒音信号を出力する。すなわち、参照マイクロホン１１１から出力された参照信号からキャンセル音の回り込み成分を減算することによって、ファン２２の騒音成分を抽出した騒音信号Ｎが減算器１３２から出力される。この処理により、スピーカ１１３から発せられたキャンセル音が参照マイクロホン１１１に回り込んだとしても、ハウリングの発生を防止することができる。減算器１３２が出力する騒音信号Ｎは、補正フィルタ１３３および消音フィルタ１３５に入力される。

補正フィルタ１３３と消音フィルタ１３５とはＦＩＲ型の適応フィルタである。補正フィルタ１３３のフィルタ係数は、スピーカ１１３から誤差マイクロホン１１２に至る音波の伝達関数Ｃを模擬した伝達関数Ｃ＾になるように設定される。補正フィルタ１３３は、騒音信号Ｎと伝達関数Ｃ＾との畳み込み演算を行い、補正フィルタ１３３の出力は係数更新部１３４に入力される。一方、消音フィルタ１３５のフィルタ係数は、係数更新部１３４により設定される。以下では、補正フィルタ１３３から出力される信号を補正信号Ｘと呼ぶ。

係数更新部１３４は、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳ逐次更新制御アルゴリズムを用いて、消音フィルタ１３５のフィルタ係数を更新する。係数更新部１３４は、定期的または不定期である更新タイミングで、補正フィルタ１３３が出力する補正信号Ｘと、Ａ／Ｄ変換器１２５が出力する誤差信号ｅとに基づいて、消音フィルタ１３５のフィルタ係数を求める。以下では、更新タイミングが、サンプリング周期により定められているとみなして記載する。

一般に、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳ逐次更新制御アルゴリズムを用いてフィルタ係数を更新する処理では、誤差信号ｅが最小となるようにフィルタ係数が更新される。ここで、消音フィルタ１３５のフィルタ係数をＷ、更新パラメータをμとすると、消音フィルタ１３５のフィルタ係数は、数１に示す関係式を用いて更新される。数１におけるｎは、更新タイミングの順序に相当しており、数１は、更新タイミングがｎ番目であるデータを用いて、更新タイミングが（ｎ＋１）番目であるフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）を求めることを表している。

ここで、数１の演算を更新タイミング毎に繰り返している間に、フィルタ係数Ｗ（ｎ）とフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）との差が所定の基準値以下になると、係数更新部１３４は、フィルタ係数が収束したと判断する。一般に、補正信号Ｘ、誤差信号ｅ、更新パラメータμからなる右辺第２項が大きくなると、フィルタ係数Ｗがより早く収束する。すなわち、フィルタ係数Ｗの収束速度は、補正信号Ｘ、誤差信号ｅ、更新パラメータμの大きさに依存している。

例えば、補正信号Ｘと誤差信号ｅとの少なくとも一方の振幅が大きければフィルタ係数Ｗが早く収束し、補正信号Ｘと誤差信号ｅの両方の振幅が小さければフィルタ係数Ｗが収束するまでに長い時間を要する。

本実施形態の係数更新部１３４は、補正信号Ｘと誤差信号ｅとの積に更新パラメータμを乗じることで、フィルタ係数Ｗの収束速度を調整している。更新パラメータμを大きくすれば、収束に要する時間が短くなるが、更新パラメータμが大き過ぎるとフィルタ係数Ｗが収束しなくなる可能性がある。したがって、係数更新部１３４は、フィルタ係数Ｗが収束可能な範囲で適度な大きさの更新パラメータμを設定する。

係数更新部１３４は、サンプリング周期毎に消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗを更新する。消音フィルタ１３５は、騒音信号Ｎとフィルタ係数Ｗとの畳み込み演算を行い、この畳み込み演算の結果を位相反転することによって、キャンセル信号Ｙを生成する。消音フィルタ１３５が出力するキャンセル信号Ｙは、Ｄ／Ａ変換器１２６によってＤ／Ａ変換された後、増幅器１２３によって増幅される。増幅器１２３から出力されたキャンセル信号は、スピーカ１１３に入力され、スピーカ１１３からキャンセル音が出力される。

キャンセル信号Ｙの波形は、消音点における騒音波形に対して逆位相かつ同振幅となるように生成されており、このキャンセル信号Ｙに基づいてスピーカ１１３からキャンセル音を出力することによって、ファン２２から対象空間２１ｂを伝播して吸気口２１ａから放出される騒音が低減される。

なお、消音フィルタ１３５は、キャンセル音の全周波数帯域に共通する単一のフィルタ係数を設定する構成と、キャンセル音の全周波数帯域を複数の周波数ビンに分割し周波数ビン毎にフィルタ係数を設定する構成のいずれでもよい。

スピーカ１１３付近の概略構成を図３、図４に示す。スピーカ１１３は、フード２１の側壁２１１に取り付けられており、スピーカ１１３の前面（スピーカ１１３の振動板の前面）が対象空間２１ｂに露出している。すなわち、フード２１の側壁２１１がスピーカ１１３が取り付けられる取付板として兼用されている。フード２１の側壁２１１の外側面には、一面を開口した直方体状の筐体３１が設けられており、スピーカ１１３の後面（スピーカ１１３の振動板の後面）が筐体３１内に露出している。すなわち、フード２１の側壁２１１と筐体３１とで囲まれた空間は、スピーカ１１３の後気室３１０を形成している。スピーカ１１３がキャンセル信号により駆動されると、スピーカ１１３の後面から後気室３１０にキャンセル音とは逆位相である音波（以下、逆位相波という）が出力される。

フード２１の側壁２１１であって後気室３１０を囲む部位には、第１の音響伝達部４１が設けられる。図３、図４に示す第１の音響伝達部４１は、後気室３１０と対象空間２１ｂとを連通させる孔４１ａにより構成されている。孔４１ａは、矩形状に開口しており、後気室３１０は、孔４１ａを通って対象空間２１ｂに連通している。

スピーカ１１３の前面からは、キャンセル音（図３に符号１０１で示す）が対象空間２１ｂに出力され、スピーカ１１３の後面からは、逆位相波（図３に符号１０２で示す）が後気室３１０内に出力される。孔４１ａは、逆位相波を後気室３１０から対象空間２１ｂに伝達させるように、形状、大きさ、位置が定められる。なお、孔４１ａの形状は矩形状に限定されない。また、孔４１ａに代えて音響管でもよい。

図３、図４に示す構成では、スピーカ１１３からキャンセル音が出力されると、逆位相波は後気室３１０から孔４１ａを通って対象空間２１ｂに伝達される。したがって、キャンセル音と、逆位相波とが、対象空間２１ｂにおいて互いに干渉する。ここに、逆位相波のうち波長の長い低周波成分は、高周波成分に比べて回折し易いという性質を有するので、高周波成分よりも後気室３１０から対象空間２１ｂに伝わり易い。そのため、キャンセル音の低周波数域の成分は、中周波数域、および高周波数域の成分に比べると、逆位相波によって打ち消される量が多くなる。その結果、スピーカ１１３から誤差マイクロホン１１２に伝達される音波の伝達関数Ｃは、その周波数特性が平坦化される。

ここで、フード２１の長さが数十ｃｍ〜１ｍ程度である場合を想定する。孔４１ａ（第１の音響伝達部４１）が設けられていない場合について、伝達関数Ｃの周波数特性を図５Ａに示し、消音の周波数特性を図５Ｂに示す。また、孔４１ａ（第１の音響伝達部４１）が設けられている場合について、伝達関数Ｃの周波数特性を図６Ａに示し、消音の周波数特性を図６Ｂに示す。

図５Ａに示すように、孔４１ａが設けられていない場合、伝達関数Ｃの周波数特性（符号Ｃ１で示している）では、対象空間２１ｂの１次共振周波数ｆ１の近傍、２次共振周波数ｆ２の近傍などにそれぞれピークが生じている。図５Ａに示す例では、１次共振周波数ｆ１の近傍は、約２００〜３００Ｈｚであり、２次共振周波数ｆ２の近傍は、約４００〜５００Ｈｚである。また、図５Ａに示す伝達関数Ｃの周波数特性では、１次共振周波数ｆ１と２次共振周波数ｆ２との間（約３００〜４００Ｈｚ）にディップ５１が生じている。さらに、２次共振周波数ｆ２より高周波側には、３次、４次、５次などの高次の共振周波数が複数存在しており、隣接する高次の共振周波数の間（例えば１４５０Ｈｚ付近）に高周波帯域のディップ５２が生じている。このように孔４１ａが設けられていない場合、伝達関数Ｃの周波数特性にはディップ５１，５２が生じ、平坦な特性にならない。

孔４１ａが設けられていない場合、消音点における音圧（つまり、振幅）の周波数特性は、図５Ｂのようになる。図５Ｂにおいて、実線Ｘ１は、キャンセル音を出力させた場合（騒音抑制処理の実行時）の周波数特性であり、破線Ｘ２は、キャンセル音の出力を停止させた場合（騒音抑制処理の停止時）の周波数特性である。図５Ｂによれば、孔４１ａが設けられていない場合、伝達関数Ｃにディップ５２が生じる周波数の近傍（１４５０Ｈｚ付近）では、キャンセル音が出力されている状態の音圧（実線Ｘ１）が、キャンセル音が出力されていない状態の音圧（実線Ｘ２）の音圧に対して十分に低下しておらず、消音性能が得られていない。

一方、図６Ａによれば、孔４１ａが設けられている場合、伝達関数Ｃの周波数特性（符号Ｃ２で示している）は、図５Ａに示した伝達関数Ｃの周波数特性に比べて平坦化されている。すなわち、孔４１ａが設けられている場合、１次共振周波数ｆ１の近傍の振幅が抑制されており、低周波帯域のディップ５１（図５Ａ参照）が解消されている。さらに、１次共振周波数ｆ１の近傍の振幅が抑制されることによって、高次の共振周波数での振幅も抑制されており、結果的に、高周波帯域（１４５０Ｈｚ付近）のディップ５２がほぼ解消されている。

図７は、孔４１ａがない場合の伝達関数Ｃ１の周波数特性と、孔４１ａがある場合の伝達関数Ｃ２の周波数特性とを示している。図７によれば、孔４１ａがない場合に伝達関数Ｃ１に生じていたディップ５２が、孔４１ａがある場合の伝達関数Ｃ２では、ほぼ解消されていることがわかる。

上述したように、孔４１ａが設けられると、伝達関数Ｃの周波数特性が平坦化される。これは、キャンセル音の逆位相波（特に低周波成分）が後気室３１０から孔４１ａを通って対象空間２１ｂに伝わることに起因していると考えられる。

孔４１ａが設けられている場合、消音点における音圧（つまり、振幅）の周波数特性は、図６Ｂのようになる。図６Ｂにおいて、実線Ｘ１１は、キャンセル音を出力させた場合（騒音抑制処理の実行時）の周波数特性であり、破線Ｘ１２はキャンセル音の出力を停止させた場合（騒音抑制処理の停止時）の周波数特性である。図６Ｂによれば、孔４１ａが設けられている場合、孔４１ａがない場合に伝達関数Ｃにはディップ５２が生じていた周波数近傍（１４５０Ｈｚ付近）において、キャンセル音が出力されている状態の音圧（Ｘ１１）が低下している。言い換えると、キャンセル音が出力されていない状態の音圧（実線Ｘ１１）が、キャンセル音が出力されている状態の音圧（Ｘ１２）に対して低下し孔４１ａが設けられていない場合よりも消音性能が向上していることがわかる。

ところで、本実施形態では、対象空間２１ｂがレンジフード装置２におけるフード２１内の空間であるから、対象空間２１ｂには、一般に塵、埃、油煙、ガスなどが存在している。対象空間２１ｂでの共振による消音性能の低下を吸音材によって抑制する構成を採用すると、これらの塵、埃、油煙、ガスなどによって吸音材が劣化する。そのため、吸音材により消音を図る構成を採用すると、吸音材の交換作業が必要となり、消音特性を維持するための保守作業に手間がかかるという問題が生じる。特に、油煙が通過するレンジフード装置２の場合、油煙が吸音材に付着して、吸音材を高い頻度で交換する必要があることが予想される。これに対して、本実施形態の構成では吸音材を用いないので、吸音材を用いる場合に比べて、消音性能を維持するための保守作業が容易である。

上述のように本実施形態では、後気室３１０から対象空間２１ｂに伝わる逆位相波によって、対象空間２１ｂにおける音響的な共振の発生が抑制される。したがって、吸音材を使うことなく、伝達関数Ｃの周波数特性におけるディップがほぼ解消されており、伝達関数Ｃの周波数特性を平坦化することによって、消音性能の低下が抑制される。すなわち、消音性能を維持するための保守作業が容易であり、しかも、伝達関数Ｃの周波数特性において、対象空間２１ｂでの共振によるディップがほとんど生じないから、周波数に応じた消音性能の低下を抑制できるという効果がある。

第１の音響伝達部４１は、１次共振周波数ｆ１と２次共振周波数ｆ２との間の周波数帯を含む逆位相波を後気室３１０から対象空間２１ｂに伝達させるように構成されていることが好ましい。この場合、第１の音響伝達部４１は、伝達関数Ｃの周波数特性における低周波帯域のディップ５１を解消するために必要な周波数帯の逆位相波を、後気室３１０から対象空間２１ｂに伝達させることができる。

また、信号処理装置１２７は、上述のように平坦化された伝達関数Ｃを同定し、同定した伝達関数Ｃを補正フィルタ１３３のフィルタ係数として設定する。伝達関数Ｃを同定する処理は、工場出荷時、現場施工後等に行われる。

上述の能動騒音制御装置１は、参照マイクロホン１１１（第１の音入力器）と、スピーカ（音出力器）１１３と、誤差マイクロホン１１２（第２の音入力器）と、消音回路１２と、後気室３１０と、第１の音響伝達部４１とを備える。

参照マイクロホン１１１は、ファン２２（騒音源）から発せられた騒音が伝播する対象空間２１ｂに設けられて騒音を集音する。スピーカ１１３は、キャンセル信号を受け取り騒音を打ち消すキャンセル音を前面から対象空間２１ｂに発する。誤差マイクロホン１１２は、対象空間２１ｂにおいて騒音とキャンセル音との合成音を集音する。消音回路１２は、フィルタ係数を設定される消音フィルタ１３５を具備して、参照マイクロホン１１１の出力および誤差マイクロホン１１２の出力に基づいてキャンセル信号を出力する。後気室３１０は、スピーカ１１３の後面側に形成される。第１の音響伝達部４１は、スピーカ１１３が後面から出力したキャンセル音の逆位相波を後気室３１０から対象空間２１ｂに伝達させる。

また上述の能動騒音制御装置１に用いられるコンピュータには、プログラムが搭載されている。このプログラムは、コンピュータに消音回路１２の機能を実現させている。さらに、インターネット等のネットワーク経由でコンピュータにプログラムがダウンロードされる構成、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によってコンピュータにプログラムがロードされる構成のいずれでもよい。

また、上述のレンジフード装置２は、能動騒音制御装置１と、ファン２２（騒音源）から発せられた騒音が伝播する空間を構成する中空筒状のフード２１（通気路）と、フード２１の一端から他端に向かう気流を発生させるファン２２（送風装置）とを備える。

ところで、第１の音響伝達部４１としては、図８に示すように、孔４１ａの開口を覆う薄板状の部材（薄板部材）４１ｂを備えていてもよい。この薄板部材４１ｂは、フィルムまたは網状の金属板で形成される。フィルムには、例えばプラスチックフィルムが用いられる。網状の金属板には、例えばパンチングメタル、または金網が用いられる。この場合、後気室３１０内を伝達するキャンセル音の逆位相波は薄板部材４１ｂを振動させ、この薄板部材４１ｂの振動によって、キャンセル音の逆位相波が対象空間２１ｂに伝わる。

第１の音響伝達部４１として孔４１ａのみを備える場合、対象空間２１ｂの気流が孔４１ａに流れ込むため、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスが低下する可能性がある。すなわち、孔４１ａは対象空間２１ｂの気流に対して整流化とは逆に作用するため、消音性能が低下する可能性がある。図８に示す構成では、孔４１ａの開口を覆う薄板部材４１ｂを備えることによって、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスの低下を抑えて、消音性能の低下を抑制できる。

また、図９に示すように、薄板部材４１ｂは、フィルム４１ｃと網状の金属板４１ｄとの積層体であってもよい。この構成では、網状の金属板４１ｄによって薄板部材４１ｂの強度を確保でき、フィルム４１ｃによって対象空間２１ｂの埃、塵、油煙等が孔４１ａを通って後気室３１０に侵入することを防止できる。また、フード２１の内面が清掃（拭き取り、ブラッシング等）されることを考慮すると、対象空間２１ｂ側に網状の金属板４１ｄを配し、後気室３１０側にフィルム４１ｃを配することが好ましい。

能動騒音制御装置１は、図１０、図１１に示すように、スピーカ１１３の後面から出力されるキャンセル音の逆位相波の位相を反転させて後気室３１０から対象空間２１ｂに伝達させる第２の音響伝達部４２を備えていてもよい。例えば、能動騒音制御装置１が第１の音響伝達部４１のみを備える場合、１次共振周波数の振幅が過剰に抑制されて、伝達関数Ｃが低周波帯域において過剰に低下する場合がある。このような場合、低周波帯域における消音性能が低下する可能性がある。そこで、第２の音響伝達部４２がフード２１の側壁２１１に設けられていると、１次共振周波数の振幅が過剰に抑制されることを防止する。

第２の音響伝達部４２として、孔４２ａが形成されることが好ましい。孔４２ａは、矩形状に開口しており、後気室３１０は、孔４２ａを通って対象空間２１ｂに連通している。孔４２ａは、後気室３１０のキャンセル音の逆位相波を位相反転させて対象空間２１ｂに伝達させるように、形状、大きさ、位置が定められており、孔４２ａの形状は矩形状に限定されない。また、第２の音響伝達部４２は、孔４２ａに代えて音響管で構成されてもよい。

図１０、図１１に示す構成では、キャンセル音の逆位相波を位相反転させた音波（正位相波）が対象空間２１ｂに伝わる。正位相波はキャンセル音と同相（または略同相）となり、対象空間２１ｂにおいて、キャンセル音と正位相波とが互いに干渉する。正位相波のうち波長の長い低周波成分は、高周波成分に比べて回折し易いという性質を有するので、高周波成分に比べて後気室３１０から対象空間２１ｂに伝わり易い。そのため、キャンセル音の低周波数域の成分は、中周波数域、および高周波数域の成分に比べると、正位相波と重なり合う量が多くなる。すなわち、キャンセル音の中周波数域の成分、および高周波数域の成分に比べて、キャンセル音の低周波数域の成分の補償量が多くなる。その結果、１次共振周波数の振幅が過剰に抑制されることがないので、伝達関数Ｃが低周波数域において過剰に低下することがなく、伝達関数Ｃの周波数特性がさらに平坦化され、低周波数域における消音性能がさらに向上する。すなわち、第２の音響伝達部４２は、１次共振周波数ｆ１と２次共振周波数ｆ２との間の周波数帯を含む正位相波を後気室３１０から対象空間２１ｂに伝達させることが好ましい。

第２の音響伝達部４２は、図１２に示すように、孔４２ａの開口を覆う薄板状の部材（薄板部材）４２ｂを備えていてもよい。この薄板部材４２ｂは、フィルムまたは網状の金属板で形成される。フィルムには、例えばプラスチックフィルムが用いられる。網状の金属板には、例えばパンチングメタル、または金網が用いられる。この構成では、正位相波は薄板部材４２ｂを振動させ、この薄板部材４２ｂの振動によって、正位相波が対象空間２１ｂに伝わる。

第２の音響伝達部４２として孔４２ａのみを備える場合、対象空間２１ｂの気流が孔４２ａに流れ込むため、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスが低下する可能性がある。すなわち、孔４２ａは対象空間２１ｂの気流に対して整流化とは逆に作用するため、消音性能が低下する可能性がある。図１２に示す構成では、孔４２ａの開口を覆う薄板部材４２ｂを備えることによって、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスの低下を抑えて、消音性能の低下を抑制できる。

また、図１３に示すように、薄板部材４２ｂは、フィルム４２ｃと網状の金属板４２ｄとの積層体であってもよい。図１３に示す構成では、網状の金属板４２ｄによって薄板部材４２ｂの強度を確保でき、フィルム４２ｃによって対象空間２１ｂの埃、塵、油煙等が孔４２ａを通って後気室３１０に侵入することを防止できる。また、フード２１の内面が清掃（拭き取り、ブラッシング等）されることを考慮すると、対象空間２１ｂ側に網状の金属板４２ｄを配し、後気室３１０側にフィルム４２ｃを配することが好ましい。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

Claims

騒音源から発せられた騒音が伝播する対象空間に設けられて前記騒音を集音する第１の音入力器と、
キャンセル信号を受け取り前記騒音を打ち消すキャンセル音を前面から前記対象空間に出力する音出力器と、
前記対象空間において前記騒音と前記キャンセル音との合成音を集音する第２の音入力器と、
前記第１の音入力器の出力および前記第２の音入力器の出力に基づいて生成した前記キャンセル信号を出力する信号処理装置と、
前記音出力器の後面側に形成された後気室と、
前記音出力器が後面から前記後気室に出力した前記キャンセル音の逆位相波を前記後気室から前記対象空間に伝達させる第１の音響伝達部と
を備える
ことを特徴とする能動騒音制御装置。
前記第１の音響伝達部は、前記対象空間での共振による１次共振周波数と２次共振周波数との間の周波数帯を含む前記キャンセル音の逆位相波を前記後気室から前記対象空間に伝達させることを特徴とする請求項１記載の能動騒音制御装置。
前記第１の音響伝達部は、前記後気室と前記対象空間とを連通させる孔を備えることを特徴とする請求項１または２記載の能動騒音制御装置。
前記第１の音響伝達部は、前記孔を覆う薄板状の部材を備えることを特徴とする請求項３記載の能動騒音制御装置。
前記薄板状の部材は、フィルムと網状の金属板との積層体であることを特徴とする請求項４記載の能動騒音制御装置。
前記音出力器の後面から発せられる前記キャンセル音の逆位相波の位相を反転させて前記後気室から前記対象空間に伝達させる第２の音響伝達部を備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の能動騒音制御装置。
前記第２の音響伝達部は、前記対象空間の共振による１次共振周波数と２次共振周波数との間の周波数帯を含む前記逆位相波の位相を反転させて前記後気室から前記対象空間に伝達させることを特徴とする請求項６記載の能動騒音制御装置。
コンピュータを、請求項１乃至７いずれか記載の能動騒音制御装置を構成する前記信号処理装置として機能させるためのプログラム。
請求項１乃至７いずれか記載の能動騒音制御装置と、内部の空間を前記対象空間とする中空筒状の通気路と、前記通気路の一端から他端に向かう気流を発生させる送風装置とを備えることを特徴とするレンジフード装置。