JPH07104764A - 空調ダクト用消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調ダクト内の送風の影響を受けることなく
制御用発音器からの制御音により空調ダクトを通過する
騒音を確実に消音する。 【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
された評価マイクロホン１４は、制御対象点の騒音を検
出する。制御装置１９は、マイクロホン１３及び評価マ
イクロホン１４からの信号に基づいてスピーカ１５から
制御音を出力して制御対象点で騒音を消音する。ここ
で、スピーカ１５が収納されたスピーカボックス１６の
内面には断熱材１７が取着されていると共に、空調ダク
ト１２には当該空調ダクト１２内とスピーカボックス１
６内とを断熱材１７を介して連通する連通孔１８が形成
されている。

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装置を設け、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３
を参照して説明する。図３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補助
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】

【０００７】従って、スピーカＡが発生すべき音Ｘ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、補助マイクロホン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、補助マイクロホ
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、補助マイクロ
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。

【０００８】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。

【０００９】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（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
た補助マイクロホン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を測定することにより、それらの音響
伝達関数ＧSM，ＧSOを測定したのと同等になる。

【００１０】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４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ボックス
２に収納されて空調ダクト１内を臨むスピーカ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。

【００１１】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
の補助マイクロホン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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空調機Ｓに
送風されて空調ダクト１内を通過する空気は流速が大き
いので、スピーカＡの前面側は１気圧未満となる。これ
に対して、スピーカボックス２は気密に密閉されている
ので、スピーカＡの振動体の後面側は略１気圧のままで
ある。このため、上記従来構成のものの場合、スピーカ
Ａには空調ダクト１内に引張られる大きな力が働くの
で、振動体が当該振動体を振動させるためのマグネット
の中心位置から大きくずれてしまい、スピーカＡからの
制御音の出力が大きく低下して騒音を十分に消音できな
いという欠点がある。この場合、上述したようにスピー
カＡの出力低下に対してはその出力を大きくするように
適応制御されるものの、スピーカＡの振動体がマグネッ
トの中心位置から大きくずれた状態では対応できないの
が現状である。

【００１３】そこで、空調ダクト１内とスピーカボック
ス２内との気圧差を無効化するように両方を連通するこ
とが考えられるが、このような構成では、空調ダクト１
内を通過する空気がスピーカボックス２内に侵入するの
で、スピーカＡが空気中に含まれる塵埃により劣化して
信頼性が低下する虞がある。また、例えば夏期の冷房運
転時は、スピーカボックス２内は低温になるのに対して
スピーカボックス２外は高温となるので、スピーカボッ
クス２内に結露を生じ、その結露がスピーカＡに垂れ落
ちて信頼性低下の要因となる。

【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空調機からの
騒音を制御用発音器から制御音を出力することにより消
音する構成において、制御用発音器の信頼性が低下して
しまうことを防止して騒音を確実に消音することができ
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前記空調ダクト
内に臨んだ状態で箱体内に収納された制御用発音器を動
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
数を補正する制御装置を設けた空調ダクト用消音装置に
おいて、前記箱体内に、当該箱体を通じた熱移動を遮断
する通気性断熱材を設けると共に、前記箱体内と前記空
調ダクト内とを前記断熱材を介して連通する連通部を設
けたものである。

【００１６】

【作用】空調ダクト内に空調機からの騒音が伝播する
と、制御用受音器は騒音を電気信号に変換する。そし
て、演算器は、制御用受音器からの電気信号を加工して
制御用発音器を動作させることにより空調ダクト内を通
過する騒音を能動的に打消す。また、制御装置は、制御
対象点の消音効果をモニタするために制御対象点に設け
られ補助受音器からの信号に基づいて演算器の演算係数
を補正する。

【００１７】ここで、制御用発音器は空調ダクト内に臨
んだ状態で箱体に収納されているので、空調機から空調
ダクト内に送風された状態では、制御用発音器には空調
ダクト内に引張られる力が作用する。このとき、箱体内
と空調ダクト内とは断熱材を介して連通部により連通さ
れているので、制御用発音器の前後面側の気圧は等しく
なる。これにより、制御用発音器は空調ダクト内の送風
にかかわらず十分な大きさの制御音を出力することがで
きる。また、空調ダクトを通過する空気に含まれる塵埃
は断熱材により箱体内に侵入することを防止できる。さ
らに、断熱材により箱体内に結露を生じてるしまうこと
を防止することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２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に導かれる。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。

【００１９】空調ダクト１２内においてマイクロホン１
２から下流側となる位置には補助受音器たる評価マイク
ロホン１４が配設されている。また、空調ダクト１２の
外周面において評価マイクロホン１４の上流側の近傍と
なる位置には制御用発音器たるスピーカ１５が配設され
ている。

【００２０】ここで、図２に示すようにスピーカ１５は
空調ダクト１２の外周面に固定された箱体たるスピーカ
ボックス１６に収納されており、これの振動体は空調ダ
クト１２に形成された孔１２ａを通じて空調ダクト１２
内を臨んでいる。また、スピーカボックス１６の内面全
体には例えばグラスウールから成る断熱材１７が取着さ
れている。

【００２１】さて、空調ダクト１２の外周面の所定位置
には連通部たる連通孔１８が形成されている。この場
合、連通孔１８の一端は空調ダクト１２内を臨み、他端
はスピーカボックス１２内に取着された断熱材１７の端
面を臨んでいる。以上の構成により、空調ダクト１２内
とスピーカボックス１６内とは通気性を有する断熱材１
７を介して連通孔１８により連通している。

【００２２】図１において、制御装置１９は、Ａ／Ｄ変
換器１９ａ、演算器たるデジタルフィルタ１９ｂ、Ｄ／
Ａコンバータ１９ｃ、増幅器１９ｄ及びＡ／Ｄコンバー
タ１９ｅから構成されている。この制御装置１９はマイ
クロホン１３からの信号を入力すると共に、従来例で説
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１９
は、評価マイクロホン１４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。

【００２３】以下においては、能動消音制御に必要なデ
ジタルフィルタ１９ｂ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、デジタルフィルタ１
９ｂ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１５と評価マイクロホン１４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１
３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１４との間の第４の音響伝達関数ＧSO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１４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ＧSM，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。

【００２４】さて、制御装置１９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
ら広範囲の周波数特性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。

【００２５】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１４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１１を停止して
おくことは勿論である。

【００２６】一方、等価音響伝達関数ＧOMを測定するに
は、評価マイクロホン１４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からの出力信号を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。

【００２７】そして、制御装置１９は、上述のようにし
て求めた伝達関数Ｇをマイクロホン１３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１
２内を通過する騒音と制御対象点である評価マイクロホ
ン１４において逆位相となる制御音が出力されるので、
空調ダクト１２内において評価マイクロホン１４から下
流側の騒音量を確実に低減することができる。

【００２８】さて、空調機１から空調ダクト１２に送風
されると、空調ダクト１２の孔１２ａの圧力が低下する
ので、それに伴って孔１２ａを通じて空調ダクト１２内
を臨むスピーカ１５の振動体には空調ダクト１２内に引
張られる力が作用する。

【００２９】ところが、上記構成では、空調ダクト１２
内とスピーカボックス１６内とは断熱材１７を通じて連
通孔１８により連通されているので、スピーカ１５の振
動体の前面側の圧力が低下した場合には、スピーカボッ
クス１６内の空気が連通孔１８を通じて排出されるの
で、スピーカ１５の振動体の前後面側の圧力は一致する
ようになる。従って、スピーカ１５から十分な大きさの
制御音を出力することができるので、空調ダクト１２を
通過する騒音を確実に消音することができる。

【００３０】上記構成のものによれば、空調ダクト１２
内とスピーカボックス１６内とを連通孔１８により連通
したので、送風機１からの空調ダクト１２を通じた送風
によりスピーカ１５の前後面側で圧力差が生じる場合で
あっても、その圧力差を解消してスピーカ１５から十分
な大きさの制御音を出力することができる。従って、ス
ピーカ１５をスピーカボックス１６内に密閉状態で収納
する構成のものと違って、空調ダクト１２を通過する消
音を確実に消音することができる。

【００３１】また、空調ダクト１２内とスピーカボック
ス１６内とはこのスピーカボックス１６内に取着された
断熱材１７を介して連通孔１８により連通されているの
で、空調ダクト１２内を通過する空気に含まれる塵埃を
断熱材１７により遮断してスピーカボックス１６内に侵
入してしまうことを防止できる。従って、空調ダクト１
２内とスピーカボックス１６内とを単に連通する構成の
ものに比べて、スピーカ１５が空気に含まれる塵埃によ
り劣化して信頼性が低下してしまうことを防止すること
ができる。

【００３２】さらに、空調ダクト１２の内面は断熱材１
７により覆われているので、例えば夏期の冷房時運転時
のように、スピーカボックス１６の内外の温度差が大き
い場合であっても、スピーカボックス１６の内面に結露
してしまうことを防止することができる。従って、スピ
ーカ１５に結露が垂れ落ちることはないので、スピーカ
１５の信頼性が低下してしまうことを防止することがで
きる。

【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、制御発音器を収納す
る箱体内に、当該箱体を通じた熱移動を遮断する通気性
断熱材を設けると共に、前記箱体内と空調機からの送風
を導くための空調ダクト内とを前記断熱材を介して連通
する連通部を設けたので、空調ダクト内を伝播する空調
機からの騒音を制御用発音器から制御音を出力すること
により消音する構成において、制御用発音器の信頼性が
低下してしまうことを防止して騒音を確実に消音するこ
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】本発明の一実施例を示す全体の概略図

【図２】スピーカボックスに収納されたスピーカの取着
状態を示す図

【図３】従来例における能動消音制御の原理を示す模式
図

【図４】図１相当図

【符号の説明】

１１は空調機、１２は空調ダクト、１３はマイクロホン
（制御用受音器）、１４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）、１７は断熱
材、１８は連結孔（連結部）、１９は制御装置、１９ｂ
はデジタルフィルタ（演算器）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
   号に基づいて前記空調ダクト内に臨んだ状態で箱体内に
   収納された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制御装置を設
   けた空調ダクト用消音装置において、 前記箱体内に、当該箱体を通じた熱移動を遮断する通気
   性断熱材を設けると共に、 前記箱体内と前記空調ダクト内とを前記断熱材を介して
   連通する連通部を設けたことを特徴とする空調ダクト用
   消音装置。