JPH03259722A - 騒音の能動制御に用いられる伝達関数の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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祠及び遮音部祠
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、−船釣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
口部か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か注目されている。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２＋（ついて制御用発音器（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「１つ同−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図を参照しなか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か発生
ずる音を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」
１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、　　Ｇ
ＳＯとしたとき、２人力２出力系として次式か成立する
。尚、」二記各音響伝達関数ＧＡＭ、　ＧＡＯ，ＧＳＭ
、　ＧＳＯの意味は、前段の添字か入力側、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への人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行
響伝達関数を示すことになる。

従って、スピーカＡか発生すべき音Ｘａは、上式から、 Ｘａ−（−ＧＳＯ−Ｘｍ十ＧＳＭ−ＸＯ）／（ＧＳＭ−
ＧＡＯ−Ｇ５０−　　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＝Ｏとおくことができる。こ
の結果、Ｘ’ａ　＝　ｌＸｍ−Ｇ５０／　（ＧＳＯ・Ｇ
ＡＭ　−ＧＳＭ−ＧＡＯ）となる。この式から理解でき
るように、制御対象点０での片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−Ｇ！Ｊ−ＧＡ
Ｏ）・・・・・　（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ＣＡＭ、　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０には測定用受音器たるマイクロホンＭ′か設けら
れる。

そして、この場合において、前記（１）式は、Ｇ　＝　
１．　／　（ＣＡＭ−（ＧＳＭ／Ｇ５０）　ＧＡＯ）＝
　　１　　／　　　（ＧＡＭ−ＧＯＭ　　拳　Ｇ　　Ａ
Ｏ）　　　　　　　　・・・　・・・　　（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ＧＳ
）Ｉ、　　ＧＳＯに関しては、等測的な音響伝達関数Ｇ
ＯＭ、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、口。

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６（す定した音響伝達関数ＧＡＭＧ
ＯＭ　　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） 」二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′に人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）か、スピーカＡからマイクロ
ホンＭ或はＭ′に人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（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］ （課題を解決するだめの手段） 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。’１１１１定外部騒音レベルより所定レベル
た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７１Ｐ］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／ｌｌ１１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たけ高い音圧レベルのホワイ
トノイズを人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、」１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
に基つ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１杖給す
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　０ 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
伝導性に優れ目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。

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。］３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ｌの底壁部に相当）における放熱
用開口部１１　ａ寄りの部位に埋設状に取付１ 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がらの電気信号を演算器１４にて加］ニし
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１，５〜５Ｋ
Ｈｚ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］３及び演算器１４による騒音の能動制御は、７０
０Ｈｚ以下をターゲット周波数として行えば良い。

　２ 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」二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９幅及び高さ方向の各寸法
り、Ｗ及びＨのうち、例えば幅方向の寸法Ｗを他の寸法
り。

Ｈより大きく設定（具体的には、Ｗ　＝６００　ｍｍｍ
ｍ５Ｄ＝Ｈ＝２００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。

ｆ　−Ｃ−Ｎｘ　　Ｌｘ　　２　＋（Ｎｙ／Ｌｙ）２　
＋（Ｎｚ／Ｌｚ）２　／　２但し、ｆは共鳴周波数（Ｈ
ｚ　）　、Ｎ　ｘ　、　Ｎ　ｙ　。

Ｎｚはｘ、ｙ、ｚ各方向の番目モード、Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌ
ｚは機械室７内のｘ、ｙ、ｚ各方向の寸法（つまりり、
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１月の定３ 在波の周波数ｆｘ、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Ｗ＝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ｆｙ、は、Ｎｙ　＝Ｎｚ　＝０．音速Ｃ＝３４０ｍ
／秒として、 ｆｙ：＝３４０　　１　０．２　　　／２＝８５０Ｈｚ 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、 ｆｙ　＝３４０　　（１１０，６）　２／２＝２８３Ｈ
ｚ ｆｚ　＝３４０　　（１１０，２）　２／２８５０Ｈｚ となる。この結果、前記ターゲット周波数（−７００Ｈ
ｚ）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　４ 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］４の伝達関数ＧのＣＩ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］２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１．１　ａ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持つホワイトノイズ
信号を発生ず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
人力により調節可能に５ 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ＣＡＭ、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Ｇ　ＡＯ，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６ Ｔ′３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ＧＳＭ及びＧＳＯに関しては、等測的
な音響伝達関数Ｇ　ＯＨ，即ちマイクロホン］５からの
出力信号を入力端とし、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ＧＯ
Ｍを測定すれば、それらの音響伝達関数ＧＳＭ、　ＧＳ
Ｏ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ＧＯＨを
測定すれば済む。

しかして、第１の音響伝達関数ＣＡＭ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１Ｂ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７１１１ｊ定器１９の出力信号用端子Ｔ
ｂ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１
９による測定データを第１の音響伝達関数ＣＡＭとして
得る。

　７ 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１つの入力信号用端子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１
７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ＣＡＭ、　Ｇ　ＡＯ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１、による測
定データを等価音響伝達関数ＧＯＭとして得る。

８ 以上要するに、第１．第２の音響伝達関数ＣＡＭ。

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１．０　ｄＢたけ
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］３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」二記音響伝達関数ＧＡＭ、　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、」１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ＣＡＭの測定
が不要となる。

　９ 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。

［発明の効果コ 本発明によれば以」二の説明したように、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」１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かでき、
これにより、良好な消音効果を得ることかできるなどの
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４ヤ１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、０ 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だめの概略斜視図
、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　１．１
　ａ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
、］５はマイクロホン、］６はマイクロホン（補助受音
器）１７は雑音信号発生回路、１つは伝達関数測定器を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。