JPH04264496A - アクティブ消音装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、消音装置に関し、特
に、送風機やエンジンなどの騒音を、音波の干渉を利用
して消音するアクティブ消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】送風機やエンジンなどの騒音を抑制する
装置として、アクティブ消音装置がある。アクティブ消
音装置は、騒音に含まれる音波と１８０度位相がずれ、
かつ振幅が等しい音波をスピーカから放射し音波干渉を
起こすことによって、騒音を抑制するものである。

【０００３】図５は、従来のアクティブ消音装置の構成
を示す模式図である。図５を参照して、このアクティブ
消音装置は、音源１に結合された一方端１１と、開口端
１２とを有する管路２と、管路２内の、一方端１１の近
傍に設けられ、音源１から発生して管路２内を伝播する
音波を検出するためのマイク３と、管路２内の、マイク
３から所定の距離だけ開口端１２側に設けられ、消音用
の音波を管路２内に放射するためのスピーカ４と、管路
２内の、開口端１２の近傍に設けられ、音源１から発生
して、スピーカ４から発生された音波によって音波干渉
を受け、消音された音波を検出することにより、消音誤
差信号を出力するためのマイク６と、マイク３、６とス
ピーカ４とに接続され、マイク３の出力に所定の処理を
施すことにより、スピーカ４に対して、消音用の音波を
発生させるための信号を与えるとともに、消音誤差信号
に応答して、消音誤差信号を小さくするようにスピーカ
４を制御するための信号処理回路１４とを含む。

【０００４】マイク３とスピーカ４、スピーカ４とマイ
ク６の間は、それぞれ所定距離だけ離されている。

【０００５】図５に示されるアクティブ消音装置は以下
のように動作する。音源１から発生する音波は管路２を
通り、スピーカ４から発生される音波と音波干渉を起こ
した後、開口端１２から放出される。マイク３は音源１
からの音波およびスピーカ４からの音波を検出し、検出
した音波の音圧に応じた信号を信号処理回路１４に与え
る。

【０００６】信号処理回路１４は、マイク３から与えら
れる信号に所定の処理を行ない、音源１から発生される
音波と逆の位相を有する波形の音波を発生するように、
スピーカ４に信号を送る。このとき、信号処理回路１４
において行なわれる信号処理は、音源１から発せられた
音波が、マイク３の位置からスピーカ４の位置までの距
離を伝播するときの伝達特性や、スピーカ４から出力さ
れた音波が再びマイク３に到達することによって起こる
音響フィードバックなどの特性を考慮に入れて行なわれ
る。

【０００７】音源１から発せられた音波と、スピーカ４
から放射された音波とは、前述のように音波干渉を起こ
す。したがって、マイク６を通過する干渉後の音波は、
音源１から発生された音波と比べて弱いものとなってい
る。しかし、このアクティブ消音装置の消音性能をさら
に向上させるために、マイク６によって検出された、こ
の部分を通過する音波の音圧が、消音誤差信号として信
号処理回路１４の制御に用いられる。すなわち、マイク
６は干渉後の音波の音圧を検出し、消音誤差信号として
信号処理回路１４に与える。信号処理回路１４は、この
消音誤差信号がより小さくなるように制御される。信号
処理回路１４としては、適応型のディジタルフィルタが
よく利用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図５に示されるアクテ
ィブ消音装置によれば、マイク６により検出される消音
誤差音圧レベルをある程度小さくすることができる。し
かし、消音誤差音圧レベルのオーバーオール値を一定の
大きさよりも小さくすることは難しい。一方で、消音装
置から外部に放出される騒音の影響をより小さくすべき
であるという要求が依然として強い。

【０００９】それゆえにこの発明の目的は、消音誤差音
圧レベルのオーバーオール値をそれ以上下げることが難
しい場合であっても、外部に放出される騒音の影響をよ
り小さくすることができるアクティブ消音装置を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るアクティ
ブ消音装置は、音源からの音波が導入される一方端と、
音波が放出される開口端たる他方端とを有し、その内部
を音波が伝播する管路と、管路を伝播する音波を検出す
るための音波検出手段と、管路内に音波を発生させるた
めの音波発生手段と、音源からの音波と音波発生手段か
らの音波とが干渉して得られる干渉後の音波を検出する
ための干渉後音波検出手段と、干渉後音波検出手段の出
力信号に対し、予め定める周波数別の重み付けを行なう
ことにより、干渉後音波の所望の状態との誤差を表わす
誤差信号を出力するための重み付け手段と、音波検出手
段の出力と誤差信号とに応答して、誤差信号の値が予め
定める値に近づくように音波発生手段による音波の発生
を適応制御するための適応制御手段とを含む。

【００１１】

【作用】本発明に係るアクティブ消音装置においては、
干渉後音波検出手段により検出される干渉後の音波の音
圧を示す信号に、所定の重み付けがされて誤差信号が得
られる。この誤差信号を最小とするように音波発生手段
が動作し、音源からの音波と干渉を起こす音波を音波発
生手段によって発生させる。この重み付けを予め所望の
結果が得られるように定めておくことにより、干渉後の
音波の周波数成分の分布をコントロールすることができ
る。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例に係るアクテ
ィブ消音装置の模式図である。この第１の実施例に係る
アクティブ消音装置は、人間の聴感に対するアクティブ
消音装置の効果をより一層高めようとするものである。 人間の聴感は数百Ｈｚの低い周波数の音に比べ、数ｋＨ
ｚの高い周波数の音に敏感であるという特性を有してい
ることが知られている。したがって、アクティブ消音装
置の効果により得られた消音誤差音圧レベルのオーバー
オール値が一定であっても、高い周波数の音波をより多
く減衰させる方が、人間にとっては静かに感じられる。 この実施例はそのために、消音誤差音圧レベルの周波数
軸上において、人間の聴感に対する効果をより一層高め
るような重み付けを行なうものである。

【００１３】図１を参照して、この発明の第１の実施例
に係るアクティブ消音装置は、音源１に結合された一方
端１１と、開口端１２とを有する管路２と、管路２内の
音源１よりに設けられ、音源１から発せられた音波を検
出するための音波検出手段としてのマイク３と、マイク
３から距離Ｌ１だけ開口端１２側の管路２内に設けられ
、音源１から発せられる音波と干渉して消音するための
音波を発生する音波発生手段としてのスピーカ４と、ス
ピーカ４から距離Ｌ２だけ開口端１２寄りの管路２内に
設けられ、音源１から発生された音波とスピーカ４から
発生された音波とが干渉した後の音波を検出し、消音誤
差音圧レベルを示す信号を出力するための干渉後音波検
出手段としてのマイク６と、マイク６の出力に入力が接
続され、マイク６の出力する信号に対し、図２に示され
るようなＡ特性を有するＡ特性フィルタなどからなり、
マイク６の出力する信号に対して、図２に示されるよう
な重み付けを周波数軸上で行なって誤差信号８を出力す
るための重み付け手段としての聴感補正フィルタ７と、
マイク３とマイク６とスピーカ４とに接続され、マイク
３の出力する信号に基づいて、音源１から発生される音
波とほぼ逆位相の波形を有する音波をスピーカ４に発生
させるようにスピーカ４を駆動するための信号を発生す
るとともに、スピーカ４を駆動するための波形を、誤差
信号８の値が小さくなるように制御するための信号処理
回路５とを含む。

【００１４】信号処理回路５は、マイク３の出力波形に
基づき、マイク３の出力と逆位相の波形を有する信号を
スピーカ４に与えることにより、スピーカ４によって音
源１からの音波との干渉を起こさせるための適応型ディ
ジタルフィルタ９と、マイク３の出力と聴感補正フィル
タ７の出力とに接続され、たとえばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ
　　Ｍｅａｎ　　Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどによ
って適応型ディジタルフィルタ９のフィルタ係数を逐次
更新し、誤差信号８の二乗平均値が最小となるようにす
るための適応アルゴリズム１０とを含む。

【００１５】適応型ディジタルフィルタ９および適応ア
ルゴリズム１０によるスピーカ４の駆動においては、音
源１から発せられた音波がマイク３の位置からスピーカ
４の位置までの距離Ｌ１を伝播するときの伝達特性や、
スピーカ４から出力された音波が再びマイク３に到達す
るために起こる音響フィードバック等の特性を考慮に入
れて信号処理がされる。適応アルゴリズム１０による処
理においても、適応型ディジタルフィルタ９の出力から
聴感補正フィルタ７の出力までの伝達特性が考慮された
処理が行なわれる。

【００１６】図１に示されるアクティブ消音装置は以下
のように動作する。音源１から発生された音波は一方端
１１から管路２内に入り、まずマイク３によって検出さ
れる。マイク３は通過する音波の音圧レベルを検出し、
その信号を適応型ディジタルフィルタ９に与える。適応
型ディジタルフィルタ９は、適応アルゴリズム１０によ
ってそのフィルタ係数が逐次更新されながら、前述の音
波の伝達特性を考慮に入れた上で音源１から発生される
音波と逆位相の波形を有する音波が発生されるように、
スピーカ４に対して駆動信号を与える。

【００１７】スピーカ４から発生された音波と音源１か
ら発生された音波とは管路２内で干渉を起こし、マイク
６を通過する。マイク６は、通過する音波の音圧レベル
を検出し、聴感補正フィルタ７にその信号を与える。聴
感補正フィルタ７は、図２に示されるような特性に従っ
て、入力される信号を周波数軸上で重み付けし、誤差信
号８として適応アルゴリズム１０に与える。適応アルゴ
リズム１０は、前述のＬＭＳアルゴリズムに従って、誤
差信号８の二乗平均値が最小となるように適応型ディジ
タルフィルタ９のフィルタ係数を逐次更新する。

【００１８】前述のように聴感補正フィルタ７が、図２
に示されるようなＡ特性を有するため、誤差信号８は、
マイク６によって検出される干渉後の音波のうち、低い
周波数の成分よりも高周波数帯域の成分をより大きく反
映したものとなる。適応アルゴリズム１０および適応型
ディジタルフィルタ９は、誤差信号８の自乗平均値を最
小にするようにスピーカ４を駆動する。そのため、マイ
ク６が出力する信号のオーバーオール値は従来と等しい
としても、マイク６を通過する音波のうち人間にとって
比較的敏感に感ぜられる高周波数帯域の成分がより少な
くなり、一方で人間にとってあまり影響のない低周波数
帯域の成分は従来より多くなる。したがって、音源１か
ら発生され、スピーカ４から発生される音波と干渉を起
こした後のうち、特に人間の聴感に敏感な周波数帯域の
騒音に対して、より効率的に消音が行なわれる。したが
って、このアクティブ消音装置によれば、少なくとも人
間に対しては、聴感上の消音効果を従来よりも高めるこ
とができる。

【００１９】図１に示されるアクティブ消音装置におい
て、聴感補正フィルタ７の特性は、図２に示されるよう
なＡ特性であった。しかし、聴感補正フィルタ７の周波
数特性は、図２に示されるものに限られない。たとえば
、前述の第１の実施例においては、騒音のうちの高周波
数帯域の成分を選択的に低減させることにより、聴感上
の騒音の大きさを小さくするようにした。しかし、消音
効果を高めるためにはこの方法には限られない。たとえ
ば、一次音源となる騒音の周波数スペクトルにおいて、
どの周波数成分の音をどの程度減衰させると人間にとっ
て快適な音質になるかを予め調べ、減衰させたい周波数
成分を、快適な音質にするために望ましい程度に通過さ
せるような特性のフィルタを聴感補正フィルタ７として
用いることもできる。これにより、騒音のうち特にその
騒音を不快と感じさせるような周波数を選択的に減衰さ
せることができ、騒音の音質をより快適にするようなア
クティブ消音装置を実現することができる。

【００２０】図３は、この発明の第２の実施例に係るア
クティブ消音装置の模式図である。このアクティブ消音
装置は、以下のような考え方に基づくものである。

【００２１】図５に示される従来のアクティブ消音装置
において、信号処理回路１４の特性は、マイク６で検出
された消音誤差音圧レベルが小さくなるように制御され
る。しかし、実際には管路２内には、開口端１２で開口
端反射された音波によって生ずる定在波が存在する。し
たがってマイク６の出力波形は、開口端１２から外部に
放射される実際の騒音波形とは異なるものとなる。従来
技術においては、前述のようにマイク６の出力信号をそ
のまま消音誤差信号として用いている。管路２内の定在
波の影響が全く考慮されていないため、開口端から放射
される音波に対する最適な消音制御を行なうことができ
ない。

【００２２】この問題を解決するために、図４に示され
るように開口端１２の外側に消音誤差検出手段であるマ
イク６ａを設置することが考えられる。しかし、アクテ
ィブ消音装置を適用する対象によっては、マイク６ａを
開口端１２の外側に設置できない場合が多い。この実施
例は、干渉後音波検出手段としてのマイク６が管路２内
に設置されたアクティブ消音装置において、開口端から
放射される音波に対しての最適な消音制御を実現するた
めのものである。

【００２３】図３に示される第２の実施例のアクティブ
消音装置が図１に示される第１の実施例のアクティブ消
音装置と異なるのは、図１の聴感補正フィルタ７に変え
て、マイク６の出力する消音誤差信号に基づいて、開口
端１２から放射される騒音の波形を推定するための、重
み付け手段としてのフィルタ１３が設けられていること
である。フィルタ１３の出力は、誤差信号８として信号
処理回路５の適応アルゴリズム１０に与えられる。他の
点において、図３に示される装置と図１に示される装置
とは同一である。同一の部品には同一の参照符号および
名称が与えられている。それらの機能も同一である。し
たがって、ここではそれらについての詳しい説明は繰り
返されない。

【００２４】フィルタ１３の特性は、以下のようにして
決定される。図４を参照して、管路２内に設置されたマ
イク６によって検出される音波は、開口端１２の後方で
マイク６よりも距離Ｌ３だけ後方に設置されたマイク６
ａにおいては、管路２内の距離Ｌ３を音波が伝播すると
きの伝達特性Ｈを通して検出されることになる。この伝
達特性Ｈは予め管路２について測定しておくことができ
る。管路内に設置されたマイク６の出力をこの伝達特性
Ｈで補正することにより、開口端１２の外側に設置され
たマイク６ａによって検出される騒音波形を推定するこ
とができる。フィルタ１３の特性は、この伝達特性Ｈで
もって、マイク６の出力する信号を補正するように選ば
れる。

【００２５】フィルタ１３の出力は適応アルゴリズム１
０に与えられる。適応アルゴリズム１０および適応型デ
ィジタルフィルタ９は、第１の実施例におけると同様に
、誤差信号８の二乗平均が最小となるようにスピーカ４
を駆動する。したがって、スピーカ４からは、開口端１
２の外側に放射される騒音が最適に制御されるような音
波が発生され、音源１からの音波と干渉を起こす。すな
わち、この実施例のアクティブ消音装置によれば、マイ
ク６の設置位置と開口端１２との間の伝達特性まで考慮
に入れてマイク６の出力する誤差信号を補正（重み付け
）するため、従来の装置に比べて一層消音効果を高める
ことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、干渉後音
波検出手段の出力に対する重み付けを予め目的に適合し
て設定しておくことにより、干渉後の音波（放射される
騒音）の周波数成分の分布をコントロールすることがで
きる。装置の置かれた環境に応じて、周囲への影響が最
も少なくなるような重み付けを選ぶことにより、従来と
比較して、検出される騒音誤差音圧レベルが一定でも、
より周囲への影響を少なくすることができる。

【００２７】すなわち、消音誤差音圧レベルのオーバー
オール値がそれ以上下げられない場合でも、外部に放出
される騒音の影響をより小さくすることができるアクテ
ィブ消音装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のアクティブ消音装置の
模式図である。

【図２】第１の実施例の聴感補正フィルタの特性図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例のアクティブ消音装置の
模式図である。

【図４】第２の実施例の誤差信号の補正原理を示す模式
図である。

【図５】従来のアクティブ消音装置の模式図である。

【符号の説明】

１　　音源 ２　　管路 ３、６　　マイク ４　　スピーカ ５　　信号処理回路 ７　　聴感補正フィルタ ８　　誤差信号 ９　　適応型ディジタルフィルタ １０　　適応アルゴリズム １２　　開口端 １３　　適応型ディジタルフィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　音源からの音波が導入される一方端と
   、音波が放出される開放された他方端とを有し、内部を
   音波が伝播する管路と、前記管路を伝播する音波を検出
   するための音波検出手段と、前記管路内に音波を発生さ
   せるための音波発生手段と、前記音源からの音波と、前
   記音波発生手段からの音波とが干渉することによって得
   られる干渉後音波を検出するための干渉後音波検出手段
   と、前記干渉後音波検出手段の出力信号に対し、予め定
   める周波数別の重み付けを行なうことにより、前記干渉
   後音波の所定の状態との誤差を表わす誤差信号を出力す
   るための重み付け手段と、前記音波検出手段の出力と前
   記誤差信号とに応答して、前記誤差信号の値が予め定め
   る値に近づくように前記音波発生手段による音波の発生
   を適応制御するための適応制御手段とを含むアクティブ
   消音装置。