JPH0610646A

JPH0610646A - ダクト内伝搬音検出装置

Info

Publication number: JPH0610646A
Application number: JP4171307A
Authority: JP
Inventors: Susumu Saruta; 進猿田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ダクト内を伝搬する音を風雑音および振動の
影響なしに精度良く適確に検出するダクト内伝搬音検出
装置を提供する。【構成】ダクト１の内壁に貼り付けられた吸音材３の
内部に集音面がダクト内を平面波として伝搬する音の波
面とほぼ平行になるようにマイクロホン素子７を配設
し、該マイクロホン素子７によってダクト１内の音を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気流が流れる送風路等
のようなダクト内を伝搬する音を検出するダクト内伝搬
音検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ダクト内の伝搬騒音を検出し、こ
の騒音に対して逆位相の音を発生し、これにより音波干
渉を起こして、騒音を低減する能動消音システムが注目
されている。

【０００３】この能動消音システムは、ダクト内を伝搬
されてくる騒音をマイクロホン等で検出し、この検出し
た信号に信号処理を施して、逆位相で同振幅の干渉音信
号を作成し、この干渉音信号をスピーカ等からダクト内
に放射し、これによりダクト内で音波干渉を起して、音
響的な壁を形成し、これによりダクト下流への騒音の伝
搬を遮断するものである。この結果、低周波の消音帯域
においては１０ｄＢ以上の消音効果が期待できるととも
に、従来の消音器のような圧力損失がほとんどないた
め、このような能動消音システムは例えば空調設備の送
風路の消音システム等として適用するのに適している。

【０００４】従来、このようなシステムに使用されるダ
クト内伝搬音検出装置は、送風路内を流れる風がマイク
ロホンに直接当たって発生する風雑音を防止するため
に、マイクロホンに防風等をつけて送風路内に設けた
り、またはマイクロホン自体を流線形にして気流が乱れ
ないようにしたり、またはダクトの壁面に穴を形成し
て、この穴から音のみを外部に設けたマイクロホンに導
くというような方法を採用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、マイ
クロホンに風が当たって発生する風雑音を防止するため
の従来の各方法、特に防風を設けたり、マイクロホンを
流線型にする方法は、ダクト内の気流の流速が例えば１
０ｍ／ｓを越える高速な気流が流れるような場合に対し
ては効果がない。

【０００６】また、ダクトの壁面に穴を設け、この穴か
ら音のみを外部に設けたマイクロホンに導くというよう
な従来の方法は、マイクロホンが外部騒音を拾わないよ
うにマイクロホンを箱状の遮音の囲いで覆わなければな
らず、この箱の音響特性とダクトにあけた穴径等によっ
ては共鳴現象等により特定周波数の音が強調または減衰
されたり、またはダクト内からマイクロホンまで音が伝
わらなかったりして、ダクト内の音を正確に集音できな
いことがある。

【０００７】更に、能動消音システムにおいては、風雑
音が混入すると、信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、制御音信
号を精度良く作成することができなくなり、消音効果が
得られなくなるばかりでなく、場合によっては増音する
こともある。また、マイクロホンを覆う箱の音響特性の
影響がある時には、位相特性において急激な位相変化が
生じていることがあり、制御音作成の信号処理部がその
位相変化に追従できなくなって、逆位相音を作成するこ
とができなくなり、消音効果が得られなくなるばかりで
なく、逆に増音する場合もある。

【０００８】また、ダクト内に気流が流れると、静圧の
ほかに送風機によってダクトに動圧がかかったり、騒音
によりダクトが振動することがあるが、このダクト壁面
の振動はマイクロホンに伝達されて、振動音として検出
されるという問題がある。この振動音は流線型のマイク
ロホンをダクト内に配設している場合には、ダクト壁面
にマイクロホンを支持する支持部材を通じてマイクロホ
ンに振動が伝達されるし、またダクトの外部にマイクロ
ホンを設ける場合には、ダクト自体が振動しているの
で、マイクロホンにも当然振動が伝達され、このような
振動雑音によってダクト内の音を正確に集音できないと
いう問題がある。

【０００９】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、ダクト内を伝搬する音を風雑
音および振動の影響なしに精度良く適確に検出するダク
ト内伝搬音検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のダクト内伝搬音検出装置は、気流が流れる
ダクト内を伝搬する音を検出するダクト内伝搬音検出装
置であって、ダクト内壁に貼り付けられた吸音材と、ダ
クト内の音を検出すべく前記吸音材の内部に集音面がダ
クト内を平面波として伝搬する音の波面とほぼ平行にな
るように配設されたマイクロホン素子とを有することを
要旨とする。

【００１１】また、本発明のダクト内伝搬音検出装置
は、気流が流れるダクト内を伝搬する音を検出するダク
ト内伝搬音検出装置であって、ダクトの振動により発生
する音を遮断するとともに該振動を抑制すべくダクト内
壁に隣接して設けられた遮音制振材と、該遮音制振材の
内側に設けられた吸音材と、該吸音材の内側に貼り付け
られたシートと、ダクト内の音を検出すべく前記吸音材
の内部に配設されたマイクロホン素子とを有することを
要旨とする。

【００１２】更に、本発明のダクト内伝搬音検出装置
は、気流が流れるダクト内を伝搬する音を検出するダク
ト内伝搬音検出装置であって、ダクトの振動により発生
する音を遮断するとともに該振動を抑制すべくダクト内
壁に隣接して設けられた遮音制振材と、該遮音制振材の
内側に設けられた吸音材と、該吸音材の内側に貼り付け
られたシートと、ダクト内の音を検出すべく前記吸音材
の内部に集音面が互いに逆向きとなるとともに、両集音
面がダクト内の音の伝搬方向にほぼ平行であって、ダク
トの内壁に対して垂直になるように配設された一対のマ
イクロホン素子とを有することを要旨とする。

【００１３】

【作用】本発明のダクト内伝搬音検出装置では、ダクト
内壁に貼り付けられた吸音材の内部に集音面がダクト内
を平面波として伝搬する音の波面とほぼ平行になるよう
にマイクロホン素子を配設し、該マイクロホン素子によ
ってダクト内の音を検出する。

【００１４】また、本発明のダクト内伝搬音検出装置で
は、ダクト内壁に隣接して遮音制振材を設けて、ダクト
の振動により発生する音を遮断するとともに該振動を抑
制し、該遮音制振材の内側に吸音材を設け、該吸音材の
内側にシートを貼り付け、吸音材の内部にマイクロホン
素子を配設してダクト内の音を検出する。

【００１５】更に、本発明のダクト内伝搬音検出装置で
は、ダクト内壁に隣接して遮音制振材を設けて、ダクト
の振動により発生する音を遮断するとともに該振動を抑
制し、該遮音制振材の内側に吸音材を設け、該吸音材の
内側にシートを貼り付け、吸音材の内部に集音面が互い
に逆向きとなるとともに、両集音面がダクト内の音の伝
搬方向にほぼ平行であって、ダクトの内壁に対して垂直
になるように一対のマイクロホン素子を配設し、該一対
のマイクロホン素子でダクト内の音を検出する。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の一実施例に係わるダクト
内伝搬音検出装置の断面図である。同図に示すダクト内
伝搬音検出装置は、例えばエアコンの送風路等のダクト
内を流れる気流によってダクト内に発生し伝搬する音を
検出するものであり、ダクト１の内壁にグラスウールか
らなる厚さ約１０〜５０mmの吸音材３が貼り付けられて
いる。ダクト１の外壁は亜鉛引き鋼板で構成されてい
る。

【００１８】また、吸音材３の内面にはグラスウールを
編んで表面が滑らかなシート５が接着され、吸音材３の
表面を滑らかにしている。このシート５は空気や音を通
し、ダクト１内を平面波として伝搬されてくる周波数の
音に対してはほとんど遮音、吸音しない。

【００１９】吸音材３とシート５とは接着されて板状に
形成されるとともに、図２（ａ）に示すように矩形のダ
クト１の内側の４隅にはＬアングル９が配設されてい
る。

【００２０】また、図１に示すように、吸音材３の内部
には単一指向性のマイクロホン素子７が埋設されてい
る。このマイクロホン素子７の集音面はダクト１内を伝
搬されてくる音の到来方向を向いており、音の到来方向
とマイクロホン素子７の感度の一番高い方向を合わせる
ようになっている。すなわち、マイクロホン素子７の集
音面はダクト１内を平面波として伝搬する音の波面とほ
ぼ平行になるように配設されている。この結果、対象と
する音を一番感度良く検出し、ダクト１の壁面から入っ
てくる外来音や、対象音の伝搬方向と反対方向に向かう
音等の雑音となる余分な音成分を検出しないようになっ
ている。

【００２１】特に、後述するように、能動消音システム
に適用した場合には、マイクロホン素子７より後方の下
流に配設されているスピーカから音波干渉を起こすため
の制御音の戻りがあるため、この制御音がマイクロホン
素子７に入ると場合によってはハウリングを発生し、制
御不能になることがあるので、マイクロホン素子７はこ
のような反対方向の音等を検出しないように集音面がダ
クト１内を伝搬する対象とする音の到来方向を向くよう
に配設されている。

【００２２】更に詳しくは、ダクト１内を伝搬する音は
ダクト１内を１次元平面波として伝わる場合で、低周波
域の音である。高周波になると、ダクト１の断面の各部
で種々の位相を持ち、互いに干渉して徐々に減衰して伝
わらない。従って、ダクト１による集音位置はダクト１
の壁面で行っても、ダクト１の中央で行っても同じであ
る。また、集音対象外の高周波音をダクト１による減衰
以上に減衰させるためと、これによりその余分な高周波
音でマイクロホン素子７やその他の信号増幅部がオーバ
ーフローを起こさないようにすることができるために、
ダクト１の壁面に前記吸音材３が所定の厚さで貼り付け
てあるのである。この吸音材３による音の減衰効果は約
５００Ｈｚ以上でないと十分な効果を出しにくいので、
集音対象の低周波音はダクト１の壁面に貼った吸音材３
の厚さではほとんど減衰しない。従って、吸音材３内に
マイクロホン素子７を埋設することにより、風雑音の影
響を受けることなく、対象とする音を効果的に検出する
ことができる。

【００２３】更に、マイクロホン素子７の集音面がダク
ト１内を平面波として伝搬する音の面とほぼ平行になる
ようにマイクロホン素子７を配設することにより、音の
到来方向とマイクロホン素子７の感度の一番高い方向を
合わせている。そして、対象とする音を一番感度良く検
出し、ダクト１の壁面から入ってくる外来音や、対象音
の伝搬方向と反対方向に向かう音等の雑音となる余分な
音成分を検出し難くしている。

【００２４】図２（ａ）は前記マイクロホン素子７をダ
クト１の１辺のほぼ中央の吸音材３内に埋設した例を示
し、また図２（ｂ）はマイクロホン素子７をダクト１の
角部寄りの吸音材３内に埋設した例を示している。な
お、このようなマイクロホン素子７をダクト１の角部寄
りの吸音材３内に埋設する場合には、吸音材３を固定す
るためのＬアングル９が角部に配設されているので、こ
れによりマイクロホン素子７が遮音されて、検出感度が
悪くならないように配設することが必要である。

【００２５】ダクト１の振動モードは、主に図３（ａ）
および（ｂ）に示すように、ダクト１の壁面が振動する
ものとダクト１の角の所が曲がるように振動するものと
がある。従って、図３（ａ）に示すような壁面の振動に
対してはマイクロホン素子７を図２（ｂ）に示すように
ダクト１の角部寄りの部分に埋設することにより振動の
影響を低減することができる。また、図３（ｂ）のよう
にダクト１の角部が振動する場合には、図２（ａ）に示
すようにマイクロホン素子７をダクト１の１辺のほぼ中
央の吸音材３内に埋設することにより振動の影響を低減
することができる。

【００２６】図４は、本発明の他の実施例に係わるダク
ト内伝搬音検出装置の部分拡大断面図である。同図に示
すダクト内伝搬音検出装置は、図１に示したと同様なダ
クト１とその内壁に貼り付けられた吸音材３との間に配
設され、ダクト１の振動により発生する音を遮断してマ
イクロホン素子７に伝達しにくくするとともに該ダクト
１の振動を抑制する効果も有する遮音制振材１１を有し
ているとともに、また吸音材３内にはマイクロホン素子
７はその集音面がダクト１の内側を向き、ダクト１の内
壁とほぼ平行になるように埋設されている。マイクロホ
ン素子７をダクト１の１辺のほぼ中央の吸音材３内に設
ける場合には、図３（ａ）に示したようにその部分の振
動が一番大きくなるので、遮音制振材１１の効果は大き
くなる。なお、吸音材３の内側にシート５が貼り付けら
れていることは図１の実施例と同じである。

【００２７】更に具体的には、吸音材３内にダクト１の
内壁側から穴が形成され、この穴内にマイクロホン素子
７が埋設されている。マイクロホン素子７の位置はその
集音面が内側のシート５の面までくるようにすると、シ
ート５の表面は通気性があるので、マイクロホン素子７
の集音面に風雑音が発生する恐れがあり、好ましくない
ため、マイクロホン素子７はダクト１の内壁側から形成
された穴内に埋設されている。また、マイクロホン素子
７を穴内に挿入した後の穴の空所であるくぼみにはウレ
タン等の発泡材や吸音材で蓋をして、マイクロホン素子
７を確実に支持することが好ましい。

【００２８】マイクロホン素子７の引出し線であるコー
ド１３は、図４に示すように、ダクト１の壁に穴をあけ
て通すが、穴のエッジでコードが痛まないようにゴム製
のブッシュ１５を穴に取り付け、このブッシュ１５内に
コード１３を通すようにすることが好ましい。

【００２９】マイクロホン素子７のコード１３は、マイ
クロホン素子７の近くの位置から外部に取り出すと、ダ
クト１の壁の振動がコード１３を伝わって、マイクロホ
ン素子７を振動させ、これが雑音源となるので、図５
（ａ），（ｂ）に示すようにマイクロホン素子７のコー
ド１３をダクト１の角部から外部に取り出すようにする
ことが好ましい。

【００３０】なお、図５（ａ）はマイクロホン素子７の
コード１３を吸音材３の内部を通した場合を示し、図５
（ｂ）はマイクロホン素子７のコード１３を吸音材３と
遮音制振材１１との間に挟んで振動しないように保持し
て通した場合を示している。

【００３１】図６は、マイクロホン素子７をダクト１の
角部寄りの吸音材３内に設けた例を示している。図３
（ａ）に示すようにダクト１の壁の振動が大きい場合に
は、このようにダクト１の角部寄りの部分にマイクロホ
ン素子７を設けることにより振動の影響を低減すること
ができる。なお、マイクロホン素子７で検出される音
は、ダクト１内を平面波として伝わる音であるので、マ
イクロホン素子７がダクト１の中央位置にあっても、角
部にあっても、同一断面上であれば、原理的に同位相で
あるので、問題はない。

【００３２】図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発
明の更に他の実施例に係わるダクト内伝搬音検出装置の
斜視図および部分拡大断面図である。

【００３３】図７に示すダクト内伝搬音検出装置は、上
述した図４に示した実施例における１つのマイクロホン
素子７の代わりに２個のマイクロホン素子７ａ，７ｂを
吸音材３内に埋設し、この２個のマイクロホン素子７
ａ，７ｂの集音面が互いに逆向きとなるとともに、両集
音面がダクト１内の音の伝搬方向にほぼ平行であって、
ダクト１の内壁に対して垂直になるように配設されてい
る点が異なるものであり、その他の構成は同じである。

【００３４】更に詳しくは、２個のマイクロホン素子７
ａ，７ｂは、単一指向性のマイクロホン素子であり、同
一軸上に対向させて数mmの間隔をあけて配設されるとと
もに、両マイクロホン素子７ａ，７ｂには同一の振動が
伝達されるようにホルダ２１で固定されている。両マイ
クロホン素子間の間隔は対象とする音の周波数範囲の最
小波長と関係しており、間隔が広いほど、集音できる上
限周波数は低減する。しかしながら、ダクト１内を平面
波として伝達する音の検出および波長はダクト１の対角
寸法の倍以上であるので、数mmの間隔である場合には特
に問題はない。マイクロホン素子の設置方向は対向させ
てあるマイクロホンの軸がダクト１の長手方向とは垂直
にかつダクト１の壁とは平行になるようにし、これによ
りマイクロホン素子の軸を雑音となる振動方向と一致さ
せ、かつ伝搬音の波面と平行にし、振動は互いに逆相と
なり、音は同相となって２個のマイクロホン素子７ａ，
７ｂによって検出されるようにしている。

【００３５】そして、両マイクロホン素子７ａ，７ｂか
らの信号は加算増幅器２３で加算増幅され、これにより
２個のマイクロホン素子７ａ，７ｂで同相として検出さ
れた音の信号は信号レベルが２倍となって強調され、ま
た振動成分は２個のマイクロホン素子７ａ，７ｂからは
互いに逆相となって検出されるので減衰される。なお、
両マイクロホン素子７ａ，７ｂの特性が揃っていれば、
振動成分はゼロになるが、特性のばらつきがある場合に
は、完全にゼロにならない。そこで、一方のマイクロホ
ン素子の出力信号にゲイン調整用のボリウムや位相補償
回路を設けて、振動検出成分をできる限り小さくするこ
とが可能である。

【００３６】なお、このように２個のマイクロホン素子
を設けることによる振動の抑制は、図３（ａ），（ｂ）
に示す振動の両者に対して有効であるが、この振動のう
ち図３（ａ）に示す振動は前記遮音制振材１１によって
かなり抑制することができるが、図３（ｂ）に示した振
動はダクト１の壁自体をあまり変形させずに角部のみを
変形させて振動するので、このような振動は遮音制振材
１１によっては抑制することができない。従って、図７
に示した実施例のように２個のマイクロホン素子７ａ，
７ｂを対向して設けることにより、図３（ｂ）に示すよ
うな振動によっても２個のマイクロホン素子の出力は逆
位相となるので、これを加算することにより互いに打ち
消し合ってキャンセルされるのである。

【００３７】また、振動は一般に耳に聞こえない約５０
Ｈｚ以下の超低周波領域のものであるので、消音システ
ムへの応用の場合でもスピーカの低域再生限界以下とな
り、消音対象周波数からはずれている。しかしながら、
振動の振幅はかなり大きいので、マイクロホン素子の加
算増幅器とダイナミックレンジを越えてしまい、信号が
歪んでしまう。このため、一般的には超低周波をカット
するためにハイパスフィルタを従来は設けているが、こ
の場合には位相遅れが生じ、能動消音制御等ではシステ
ムの因果性の問題が発生することがあるが、本実施例で
は、２個のマイクロホン素子を使用しているので、この
ような位相遅れが生じないので、因果性の問題も発生し
にくくすることができる。

【００３８】図８は、上述した各実施例のダクト内伝搬
音検出装置を適用した能動消音装置の構成を示す図であ
る。同図において、ダクト１の上流側の吸音材３内に上
述したマイクロホン素子７（７ａ，７ｂ）を埋設し、こ
のマイクロホン素子で検出したダクト１内の音信号を能
動消音制御部２５に供給し、音波干渉により騒音を消音
する騒音と逆位相の制御音を作成し、この制御音をダク
ト１の下流側に設けたスピーカ２７からダクト１内に放
射し、これにより騒音と制御音とを干渉させて減衰さ
せ、これによりダクト１の下流側に騒音が伝達されない
ようにしている。

【００３９】なお、上述した本発明のダクト内伝搬音検
出装置を能動消音装置に適用した場合の具体的なデータ
としては、例えば送風ダクト内を伝搬する風速が５ｍ／
ｓ以上の場合には、従来のように送風路内に単にマイク
ロホンを設置したのみでは、風雑音によりダクトを伝搬
する音との相関がなくなり、ほとんど消音できないが、
本発明のダクト内伝搬音検出装置を利用することによ
り、風速が１０ｍ／ｓ以上でも消音帯域で１０ｄＢ以上
の消音効果を得ることができた。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダクト内壁に貼り付けられた吸音材の内部に集音面がダ
クト内を平面波として伝搬する音の波面とほぼ平行にな
るようにマイクロホン素子を配設し、該マイクロホン素
子によってダクト内の音を検出したり、またはダクト内
壁に隣接して遮音制振材を設けて、ダクトの振動により
発生する音を遮断するとともに該振動を抑制し、該遮音
制振材の内側に吸音材を設け、該吸音材の内側にシート
を貼り付け、吸音材の内部にマイクロホン素子を配設し
てダクト内の音を検出したり、またはダクト内壁に隣接
して遮音制振材を設けて、ダクトの振動により発生する
音を遮断するとともに該振動を抑制し、該遮音制振材の
内側に吸音材を設け、該吸音材の内側にシートを貼り付
け、吸音材の内部に集音面が互いに逆向きとなるととも
に、両集音面がダクト内の音の伝搬方向にほぼ平行であ
って、ダクトの内壁に対して垂直になるように一対のマ
イクロホン素子を配設し、該一対のマイクロホン素子で
ダクト内の音を検出するので、ダクトの風雑音および振
動の影響なく、ダクト内を伝搬する音を精度良く確実に
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるダクト内伝搬音検出
装置の断面図である。

【図２】図１に示す実施例においてマイクロホン素子を
ダクトの１辺のほぼ中央の吸音材内に埋設した例および
マイクロホン素子をダクトの角部寄りの吸音材内に埋設
した例を示す図である。

【図３】ダクトの振動モードを示す図である。

【図４】本発明の他の実施例に係わるダクト内伝搬音検
出装置の部分拡大断面図である。

【図５】図４の実施例においてマイクロホン素子のコー
ドの引き出し方法を示す説明図である。

【図６】図４の実施例においてマイクロホン素子をダク
トの角部寄りの吸音材内に設けた例を示す図である。

【図７】本発明の更に他の実施例に係わるダクト内伝搬
音検出装置の斜視図および部分拡大断面図である。

【図８】各実施例のダクト内伝搬音検出装置を適用した
能動消音装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ダクト３吸音材５シート７，７ａ，７ｂマイクロホン素子１１遮音制振材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気流が流れるダクト内を伝搬する音を検
出するダクト内伝搬音検出装置であって、ダクト内壁に
貼り付けられた吸音材と、ダクト内の音を検出すべく前
記吸音材の内部に集音面がダクト内を平面波として伝搬
する音の波面とほぼ平行になるように配設されたマイク
ロホン素子とを有することを特徴とするダクト内伝搬音
検出装置。
【請求項２】気流が流れるダクト内を伝搬する音を検
出するダクト内伝搬音検出装置であって、ダクトの振動
により発生する音を遮断するとともに該振動を抑制すべ
くダクト内壁に隣接して設けられた遮音制振材と、該遮
音制振材の内側に設けられた吸音材と、該吸音材の内側
に貼り付けられたシートと、ダクト内の音を検出すべく
前記吸音材の内部に配設されたマイクロホン素子とを有
することを特徴とするダクト内伝搬音検出装置。
【請求項３】気流が流れるダクト内を伝搬する音を検
出するダクト内伝搬音検出装置であって、ダクトの振動
により発生する音を遮断するとともに該振動を抑制すべ
くダクト内壁に隣接して設けられた遮音制振材と、該遮
音制振材の内側に設けられた吸音材と、該吸音材の内側
に貼り付けられたシートと、ダクト内の音を検出すべく
前記吸音材の内部に集音面が互いに逆向きとなるととも
に、両集音面がダクト内の音の伝搬方向にほぼ平行であ
って、ダクトの内壁に対して垂直になるように配設され
た一対のマイクロホン素子とを有することを特徴とする
ダクト内伝搬音検出装置。
【請求項４】前記吸音材は、多孔質材で構成されるこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のダ
クト内伝搬音検出装置。