JPH06201182A - 空調ダクト用消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調装置の運転状態の変動にかかわらず、簡
単な構成で空調ダクトから放射される音圧を十分に低下
する。 【構成】 空調ダクト１２は空調機１１の送風機１１ａ
からの送風を導く。空調ダクト１２内において空調機１
１の近傍に配設されたマイクロホン１３は、空調機１１
からの騒音を検出する。空調ダクト１２の下流側に配設
された複数の評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄは、制
御対象点の騒音を検出する。制御装置１６は、評価マイ
クロホン１４ａ乃至１４ｄにより消音効果のモニタ状態
で各評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄによる音圧の総
和を求め、その音圧の総和が最小となる評価マイクロホ
ン１４ａ乃至１４ｄとマイクロホン１３との間の伝達関
数に基づいて演算係数を補正し、その補正係数に基づい
て信号を加工してスピーカ１５から出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調機からの送風を導
くための空調ダクト内を伝播する騒音を消音するための
空調ダクト用消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばコンサートホールにお
いては、外部からの騒音が侵入しないように騒音対策が
施されている。しかし、コンサートホールに設置されて
いる空調ダクトからの騒音に対しては対策が施されてお
らず、特にクラシック演奏のように静粛性が求められる
場合には、空調ダクトからの騒音が耳障りであった。

【０００３】そこで、空調ダクトからの騒音を消音する
ために、近年に技術が確立された能動消音技術をコンサ
ートホールの空調ダクトに適用することが行われてい
る。この能動消音技術とは、エレクトロニクスの応用技
術、中でも音響データの処理回路及び音響の干渉を利用
して騒音低減を行うというもので、基本的には、騒音源
からの音を特定位置に設けた受音器（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基づいて制御用発音器（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）とは制御対象点において逆位相
で且つ同一振幅となる人工音を発生させ、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
いうものである。

【０００４】また、このような能動消音制御を実現する
にあたっては、その消音のための信号系を構成する部品
の経年変化による特性変動及び周囲温度による特性変動
を補正する必要がある。このため、実用化にあたって
は、消音能力の変動に追従させて前記演算器の演算係数
（音響伝達関数）を補正していくことが行われており、
このような補正のために、前記制御用発音器による消音
効果をモニタする補助受音器（例えばマイクロホン）、
並びにこの補助受音器によるモニタ結果が所定の許容範
囲を外れていた場合に、演算器の演算係数を所定量だけ
変化させると共にその変化動作を前記モニタ結果が前記
許容範囲内に収まるまで行う制御手段を設け、以て能動
消音制御時おける消音能力を常に最適に保つという所謂
適応制御を行うようにしている。

【０００５】以下において、能動消音原理について図４
を参照して説明する。図４において、騒音源Ｓから発生
する音をＸｓ、制御用発音器たるスピーカＡから発生す
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、制御対象点に設けられた補助受音器たる評価
マイクロホンＯで受ける音をＸｏとし、さらに上記のよ
うな音の出力をＧAM，ＧAO，ＧSM，ＧSOとしたとき、２
入力２出力として次式が成立する。尚、上記各音響伝達
関数のＧAM，ＧAO，ＧSM，ＧSOの意味は、前段の添字が
入力側，後段の添字が出力側（応答側）に対応するもの
であり、例えばＧAMは、スピーカＡへの入力信号を入力
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音響伝達関数を示すことになる。

【０００６】

【数１】 従って、スピーカＡが発生すべき音Ｘａは、上式から、 Ｘａ＝（−ＧSO・Ｘｍ＋ＧSM・Ｘｏ）／（ＧSM・ＧAO−
ＧSO・ＧAM） として得られるが、この場合には、評価マイクロホン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＝０とすることができる。この結果、 Ｘａ＝Ｘｍ・ＧSO／（ＧSO・ＧAM−ＧSM・ＧAO） となる。この式から理解できるように、評価マイクロホ
ンＯでの音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−ＧSM・ＧAO） ……（１） で示される伝達関数Ｇに応じたフィルタを掛けて加工し
た音ＸａをスピーカＡから発生させれば、評価マイクロ
ホンＯでの音響レベルを理論上において零にするという
能動消音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。

【０００７】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。この場合、第１，第２の音響伝達関数ＧAM，ＧAOの
測定は、スピーカＡを能動消音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、騒
音源Ｓを駆動した状態で行う。

【０００８】ここで、前記（１）式に着目すると、前記
（１）式は、 Ｇ＝１／（ＧAM−（ＧSM／ＧSO）・ＧAO ＝１／（ＧAM−ＧOM・ＧAO） ……（２） と変形することができることから、第３，第４の音響伝
達関数ＧSM，ＧSOに関しては、それらを夫々求めるのに
代えて、等価的音響伝達関数ＧOM（＝ＧSM／ＧSO）を求
め、それを上記（２）式に代入することにより伝達関数
Ｇを求めることができる。要するに、制御対象点に設け
られた評価マイクロホンＯからの出力信号を入力側と
し、且つマイクロホンＭからの出力信号を出力側とした
等価的音響伝達関数ＧOMを測定すれば、それらの音響伝
達関数ＧSM，ＧSOを測定したのと同等になる。

【０００９】上述のような能動消音技術を空調ダクトに
適用するには、図５に示すように騒音源たる空調機Ｓか
らの送風を導くための空調ダクト１内にマイクロホンＭ
を設置し、そのマイクロホンＭからの受音信号に基づい
て演算器Ｈにより演算した制御信号をスピーカＡから出
力することにより、スピーカＡから空調ダクト１内を通
過する騒音と逆位相となる制御音が出力される。従っ
て、空調ダクト１を通過する空調機Ｓからの騒音が制御
音により消音されるようになるので、空調ダクト１から
外部に放射される騒音を低減することができる。

【００１０】また、消音のための信号系を構成する部品
の特性変動により消音効果が低下したときは、モニタ用
の評価マイクロホンＯからの信号の信号レベルが大きく
なるので、そのことに基づいて演算器Ｈの演算係数を補
正することにより消音効果を維持することができる。

【００１１】ところで、消音制御において、評価マイク
ロホンＯの位置で消音が零となるように制御するので、
評価マイクロホンＯの位置では騒音の音圧は零或いは零
に近いレベルとなっているものの、空調ダクト内の音響
特性により空調ダクトの同一断面位置において補助受音
器０から離れるに従って音圧が上昇していることがあ
る。このため、空調ダクト内の評価マイクロホンＯの位
置においては十分に騒音が軽減されるにしても、空調ダ
クトから放射される音圧は十分に低下していないのが実
情である。

【００１２】上述のような問題を解決するには、空調ダ
クト内の同一断面における音圧分布を考慮して、空調ダ
クト内の音圧が最も小さくなるような評価マイクロホン
Ｏの最適設置位置を実験的に探し、その位置で騒音の消
音効果を測定することが望ましい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空調ダ
クト内の音響特性は空調機の運転状態（送風機の回転
数，ダンパの開度等）に応じて逐一変化するので、上記
従来構成のものでは、消音装置の設置時における空調機
の運転状態が変動したときは十分な消音効果を得ること
ができないという欠点がある。この場合、空調ダクト内
の同一断面の異なる位置に複数の評価マイクロホンＯを
設置し、個々の評価マイクロホンＯの位置で音圧が零と
なるように各評価マイクロホンＯに対応させてスピーカ
を複数設置することが考えられるが、このような構成で
は制御が複雑化してコストの上昇、或いは故障率の増大
を招来するという欠点がある。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、空調ダクト内を伝播する騒音を消音す
るものにおいて、空調機の運転状態の変動にかかわら
ず、簡単な構成で空調ダクトから放射される音圧を十分
に低減することができる空調ダクト用消音装置を提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、空調機からの
送風を導くための空調ダクト内を伝播する騒音を制御用
受音器により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、前記空調ダクト内を通過する音
を能動的に打消し、且つ制御対象点の消音効果をモニタ
する補助受音器からの信号に基づいて前記演算器の演算
係数を補正する空調ダクト用消音装置において、前記補
助受音器を複数配設すると共に、前記演算器を、選択し
た補助受音器による消音効果のモニタ状態で他の補助受
音器により測定された音圧の総和を測定すると共に、そ
の音圧の総和が最小となる補助受音器と前記制御用受音
器との間の伝達関数に基づいて演算係数を補正するよう
に構成したものである。

【００１６】

【作用】空調ダクト内には補助受音器が複数配設されて
いる。そして、演算器は、補助受音器を順次選択し、そ
の補助受音器による消音効果のモニタ状態で各補助受音
器により測定された音圧の総和を測定する。ここで、空
調ダクト内の音響特性は空調機の運転状態に応じて逐一
変動しており、それに伴って空調ダクト内の音圧分布も
変動しているので、音圧の総和が最小ということは、消
音効果が最も高いということである。

【００１７】さて、演算器は、音圧の総和が最小となる
補助受音器と制御用受音器との間の伝達関数に基づいて
演算係数を補正する。これにより、複数の組合わせが存
在する制御用発音器と補助受音器のうち、最も消音効果
が高い制御用受音器と補助受音器との組合わせに基づい
て能動消音を実行することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図３を参
照して説明する。図１は全体構成を概略的に示してい
る。この図１において、空調機１１の送風機１１ａから
の送風は空調ダクト１２により導かれるようになってい
る。空調ダクト１２内において空調機１１の近傍には制
御用受音器たるマイクロホン１３が配設されている。空
調ダクト１２内においてマイクロホン１３から下流側と
なる位置には補助受音器たる第１乃至第４の評価マイク
ロホン１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配設されてい
る。この場合、評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｃは空
調機１１からの送風を小さく受けるように空調ダクト１
２の壁面に添設されている。また、空調ダクト１２内に
おいて評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄの上流側の近
傍には制御用発音器たるスピーカ１５が配設されてい
る。

【００１９】制御装置１６は演算器１６ａ及び図示しな
い伝達関数測定器を主体として構成されている。この制
御装置１６と各評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄとは
スイッチ１７を介して接続されており、共通接点１７ａ
と接点１７ｂ乃至１７ｄをオンすることにより所定の評
価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄを選択すると共に、従
来例の項で説明したように入力した信号に伝達関数Ｇを
掛合わせて加工した信号をスピーカ１５から出力する能
動消音制御を実行するようになっている。この場合、制
御装置１６は、評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄのう
ちスイッチ１７により選択したものからの信号に基づい
て音波干渉のずれを検出し、そのずれが小さくなるよう
に伝達関数Ｇを修正するようになっている。このとき、
制御装置１６は、能動制御状態において各評価マイクロ
ホン１４ａ乃至１４ｄによる音圧の総和を測定するよう
になっている。

【００２０】以下においては、能動消音制御に必要な演
算器１６ａの伝達関数Ｇの測定方法について図１を参照
して説明する。ここで、演算器１６ａ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１５とマイクロ
ホン１３との間の第１の音響伝達関数ＧAM，スピーカ１
５と評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄとの間の第２の
音響伝達関数ＧAO、空調機１１とマイクロホン１３との
間の第３の音響伝達関数ＧSM、空調機１１と評価マイク
ロホン１４ａ乃至１４ｄとの間の第４の音響伝達関数Ｇ
SOである。このとき、（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
価的音響伝達関数ＧOM、即ち評価マイクロホン１４ａ乃
至１４ｄからの出力信号を入力側とし、且つマイクロホ
ン１３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ＧOMを測定すれば、それらの音響伝達関数Ｇ
SM，ＧSOを測定したのと同等になる。従って、伝達関数
測定器により第１，第２の音響伝達関数ＧAM，ＧAOに加
えて、等価音響伝達関数ＧOMを測定すれば済む。

【００２１】さて、制御装置１６により第１の音響伝達
関数ＧAMを測定するには、図示しない雑音信号発生器か
ら広範囲の周波数帯域のホワイトノイズ信号をスピーカ
１５及び伝達関数測定器の入力信号用端子に入力すると
共に、マイクロホン１３からの出力信号が伝達関数測定
器の出力信号用端子に入力するように接続する。このよ
うな接続により伝達関数測定器による測定データを第１
の音響伝達関数ＧAOとして得る。

【００２２】また、第２の音響伝達関数をＧAOを測定す
る場合には、伝達関数測定器の出力信号用出力端子に対
して評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄからの出力信号
を入力するように接続し、このような接続状態でスピー
カ１５からホワイトノイズ信号を出力することにより第
２の音響伝達関数ＧAOとして得る。この場合、空調機１
１を停止しておくことは勿論である。

【００２３】ここで、等価音響伝達関数ＧOMを測定する
には、評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄからの出力信
号が伝達関数測定器の入力信号用端子に入力すると共
に、マイクロホン１３からの出力信号が伝達関数測定器
の出力信号用端子に入力するように接続した状態で測定
する。

【００２４】一方、制御装置１６は、空調機１１の運転
を制御するようになっており、その運転内容に基づいて
能動消音制御で使用する評価マイクロホン１４ａ乃至１
４ｄを選択する。

【００２５】次に上記構成の作用について説明する。図
３は制御装置１６の動作を示している。この図３におい
て、制御装置１６は、空調運転の開始により空調機１１
を運転する（Ｓ301 ）。すると、空調機１１の動作に伴
って空調ダクト１２を通じて送風機１１ａから送風され
るので、制御装置１６は、スイッチ１７ｂをオンするこ
とにより（Ｓ302 ）第１の評価マイクロホン１４ａを選
択して自己に接続し、その接続状態で伝達関数測定器に
よりその評価マイクロホン１４ａとマイクロホン１３と
の間の音響伝達関数ＧOMを示す測定データを測定すると
共に、その音響伝達関数ＧOMに基づいて能動消音制御を
実行する（Ｓ303 ）。

【００２６】つまり、制御装置１６は、選択した評価マ
イクロホン１４ａとマイクロホン１３との間の伝達関数
ＧOMを伝達関数測定器により求めると共に、その伝達関
数ＧOMに基づいて修正した伝達関数Ｇをマイクロホン１
３からの信号に掛合わせることにより加工した制御信号
をスピーカ１５に出力する。この結果、スピーカ１５か
らは空調ダクト１２を通過する騒音と逆位相となる制御
音が出力されるので、空調ダクト１２を通過する空調機
１１からの騒音を消音することができる。

【００２７】続いて、制御装置１６は、第１の評価マイ
クロホン１４ａによる能動消音状態で各評価マイクロホ
ン１４ａ乃至１４ｄの音圧Ｐ1 乃至Ｐ4 を測定し（Ｓ30
4 ）、その音圧の総和ＰT1を計算する。つまり、制御装
置１６は、各評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄによる
音圧Ｐ1 乃至Ｐ4 を測定し、それらの音圧Ｐ1 乃至Ｐ4
に基づいて、 ＰT1＝１０ｌｏｇ10（１０^{Ｐ１／１０} ＋１０
^{Ｐ２／１０} ＋１０^{Ｐ３／１０}＋１０^{Ｐ４／１０} ） を演算する（Ｓ305 ）。

【００２８】そして、制御装置１６は、上述と同様にし
てスイッチ１７ｃ乃至１７ｅを順次オンすることにより
第２，第３，第４の評価マイクロホン１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄによるモニタ状態における各評価マイクロホン１
４ａ乃至１４ｄの音圧の総和ＰT2，ＰT3，ＰT4を測定す
る。

【００２９】さて、制御装置１６は、スイッチ１７を全
て切換えたところで（Ｓ306 ）、音圧の総和ＰT1乃至Ｐ
T4のうち最小のものを選択し（Ｓ307 ）、それに対応し
た評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄにより本来の能動
消音制御を実行する（Ｓ308）。

【００３０】一方、制御装置１６は、空調機１１の運転
状態を監視しており、運転状態が変動したときはステッ
プＳ309 からステップＳ301 に移行することにより、空
調ダクト１２内の現在の音響特性に最適な評価マイクロ
ホン１４ａ乃至１４ｄを選択し、その評価マイクロホン
１４ａ乃至１４ｄにより能動消音制御を実行する。

【００３１】上記構成のものによれば、空調ダクト１２
内に空調機１１からの騒音を受音するためのマイクロホ
ン１３を設置すると共に、消音効果をモニタするための
評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄを設置し、評価マイ
クロホン１４ａ乃至１４ｄのうち能動消音制御状態で各
評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄによる音圧の総和が
最小となるものを選択し、その評価マイクロホン１４ａ
乃至１４ｄにより能動消音制御を実行するようにしたの
で、空調ダクト１２内の音響特性の分布の変動に対応す
ることができる。従って、評価マイクロホンが１つしか
設置されていない従来例のものと違って、空調機１１の
運転状態の変動に伴って空調ダクト１２内の音響特性が
変動した場合であっても、能動消音制御を確実に実行す
ることができる。

【００３２】また、上記実施例の場合、各評価マイクロ
ホン１４ａ乃至１４ｄの音圧の総和に基づいて一括して
空調ダクト１２内の音圧を測定するようにしたので、各
評価マイクロホン１４ａ乃至１４ｄに対応して能動制御
システムを個別に設ける構成に比べて、全体のコストを
低減することができる。尚、上記実施例では、評価マイ
クロホン１４を４つ設置したが、そのトランジスタが限
定されるものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の空調ダクト用消音装置によれば、補助受音器を複数配
設すると共に、前記演算器を、選択した補助受音器によ
る消音効果のモニタ状態で各補助受音器により測定され
た音圧の総和を測定すると共に、その音圧の総和が最小
となる補助受音器と前記制御用受音器との間の伝達関数
に基づいて演算係数を補正するように構成したので、空
調ダクト内を伝播する騒音を消音するものにおいて、空
調機の運転状態にかかわらず、簡単な構成で空調ダクト
から放射される音圧を十分に低減することができるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における全体を示す概略図

【図２】評価マイクロホンの配置を示す空調ダクトの縦
断面図

【図３】制御装置の動作を示すフローチャート

【図４】従来例を説明するための能動消音制御の原理図

【図５】図１相当図

【符号の説明】

１１は空調機、１１ａは送風機、１２は空調ダクト、１
３はマイクロホン（制御用受音器）、１４ａ乃至１４ｄ
は評価マイクロホン（補助受音器）、１５はスピーカ
（制御用発音器）、１６は制御装置、１６ａは演算器、
１７はスイッチである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調機からの送風を導くための空調ダク
   ト内を伝播する騒音を制御用受音器により電気信号に変
   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
   記空調ダクト内を通過する音を能動的に打消し、且つ制
   御対象点の消音効果をモニタする補助受音器からの信号
   に基づいて前記演算器の演算係数を補正する空調ダクト
   用消音装置において、 前記補助受音器は複数配設されていると共に、 前記演算器は、選択した補助受音器による消音効果のモ
   ニタ状態で各補助受音器により測定された音圧の総和を
   測定すると共に、その音圧の総和が最小となる補助受音
   器と前記制御用受音器との間の伝達関数に基づいて演算
   係数を補正するように構成されていることを特徴とする
   空調ダクト用消音装置。