JPH07219564A - 消音装置 - Google Patents

消音装置

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JPH07219564A
JPH07219564A JP6029085A JP2908594A JPH07219564A JP H07219564 A JPH07219564 A JP H07219564A JP 6029085 A JP6029085 A JP 6029085A JP 2908594 A JP2908594 A JP 2908594A JP H07219564 A JPH07219564 A JP H07219564A
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noise
fluctuation
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muffling
sound
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JP6029085A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Kondo
弘之 近藤
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Shinko Electric Co Ltd
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Shinko Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 [目的] 消音装置により消音される消音の周波数スペ
クトルを1/f特性として人間にとって心地よいことに
すること。 [構成] 消音偏差検出マイク4の出力は、増巾器1
3、A/D変換器14を介して1/fゆらぎ変換装置2
0に供給される。この出力εがLMS9を介してアダプ
ティブ・フィルタ8を制御する。この制御出力がD/A
変換器10、増巾器12を介してスピーカ3に供給され
る。ダクト1の開口部1aからは周波数スペクトルが1
/f特性に従った音波を外部に伝播する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は消音装置に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】図11は従来例のアクテ
ィブ・ノイズ・コントロール(ANC)の構成例を示す
が、これは、例えば騒音源2として空調機やコンプレッ
サなどから放射される騒音を低減するために構成された
ものであるが、このような騒音に対し、優れた消音効果
を得るため騒音源2を1つの開口部1aを有する管状の
カバー1で覆い、この騒音の伝播を一次元化することが
よく行なわれている。
【0003】すなわち、管1の断面に比べ2倍以上の波
長を有する低周波は、管1内を1次元的に(断面を見た
時、どの部分も音圧が均一になっていること)伝播され
ることが知られており、この音がANCの有効な消音対
象となる。
【0004】空調機が発生するダクト騒音を低減する場
合は、もともとダクトという管が付随した設備であるた
め、騒音伝播の1次元化は容易に行なうことができる。
【0005】上記条件を満たさないような波長の短い
中、高周波音については、1次元的な伝播が行なわれ
ず、ANCによる消音はできないが、このような帯域の
音はグラスウールなどのパッシブな消音対策により十分
な消音効果を得ることができる。
【0006】ダクト管1内に騒音源2があり、この騒音
源2から、ダクト出口1a側に向って所定の距離をおい
て消音スピーカ3が配設されている。この消音スピーカ
3からダクト出口1a側に向って所定の距離をおいて、
更に消音偏差検出マイク4が設置されている。
【0007】騒音源2には近接して騒音検出器5が設け
られており、これは騒音源2が、例えば振動ドラムシェ
ーカであれば、このドラム本体に取り付けられた振動ピ
ックアップでもよく、又、これに近接して配設されたマ
イクでもよい。この検出出力は増巾器6、A/D変換器
7を介してアダプティブ・フィルタ8及びデジタルフィ
ルタ10に供給される。又、消音偏差検出マイク4の出
力は増巾器13、A/D変換器14を介してLMS、す
なわち係数演算器9に供給される。アダプティブ・フィ
ルタ8は、N個の乗算器を有し、その係数が更新可能な
デジタルフィルタであり、N個の乗算器、すなわちN個
のタップを有し、これに対しLMS9の出力によりその
係数が更新される。デジタルフィルタ10はアダプティ
ブ・フィルタ8の出力端子yから消音偏差検出マイク4
の位置S点までの伝達特性を有している。すなわち、こ
の時間遅れを考慮してデジタルフィルタ10の係数を定
めており、これは予め計測又は同定されて備えられたも
のである。
【0008】LMS9はアダプティブ・フィルタ8(以
下、ADFと略称する)に与える最適係数を逐次算出す
るための適応アルゴリズムであり、この演算器の構成に
はオンライン処理が容易であるように、このLMS形が
用いられている。勿論、他の係数演算器も適用可能であ
る。
【0009】従来例のANCは以上のように構成される
が、次にこの作用について説明する。
【0010】騒音検出器5で検出され、増巾されたアナ
ログの騒音信号NS1は、A/D変換器7でデジタルに
変換され、騒音信号xを得る。この騒音信号xはアダプ
ティブ・フィルタ8に入力され、上述のS点において騒
音と振幅が等しく、かつ逆位相となるような消音信号が
算出される。すなわち、この端子yにおける出力がD/
A変換器11及び増巾器12を介して消音スピーカ3に
供給される。
【0011】消音スピーカ3からの消音音波と管1内の
騒音が合成され、管1内の騒音が低減されるのである
が、一次的には消音誤差を生ずる。これが消音偏差検出
マイク4により検出され、この増巾値がA/D変換され
て消音誤差信号eを得る。LMS9がそのアルゴリズム
に基づいて、騒音信号xとこの消音誤差信号eに基づい
て誤差e→0となるようにADF8のフィルタ係数を算
出する機能をもっている。
【0012】従って、消音誤差信号eが0になるように
ADF8の係数更新を繰り返し行なうことにより、次第
にeは0になり、S点の騒音が低減される。
【0013】然るに、管1内の音は1次元的な伝播が行
なわれるため、S点で騒音が低減されれば、S点以後
(図において右方)の空間においても同等であり、結果
的には管1の開口部1aから外部に放出される騒音が低
減されることになる。
【0014】又、LMS9が消音誤差信号eが0になる
ような最適係数を算出するには、消音誤差信号eと同時
刻の騒音信号xを用いなければならないが、信号eは信
号xに比べ、yの、すなわちADF8の出力端子からS
点までの伝播経路に相当する遅れを含んででいる。
【0015】従って、騒音信号xについてこの遅れと同
等の伝達関数を備えたデジタルフィルタ10を通すこと
により、騒音信号xを消音誤差信号eと同時刻まで遅ら
せ、これをLMS9に入力している。
【0016】従来例のANCは以上のように構成され、
かつ作用を行なうのであるが、以下のような欠点を有す
る。すなわち、この構成によってANCが有効な消音帯
域において、どの周波数においてもほぼ同等の消音効果
を得ることができる。その結果、数値上は最も優れた消
音効果が得られるのであるが、環境工学上、あまり望ま
しくない。すなわち、図12は直径200mmの正方形
の直管を用いて、図11に示す構成により消音実験を行
なった結果である。なお、この騒音は白色ノイズ、すな
わち、ある周波数領域の全域にわたって音レベルがほぼ
一定であるような信号を騒音源としてのスピーカより発
生した。図12のカーブAは消音していない時の騒音レ
ベルであり、カーブBは消音した結果である。これらか
ら明らかなように約30Hz〜約300Hzの帯域で消
音効果は得られている。カーブBは山谷の差が少なく、
フラットに近いものとなっている。すなわち、白色ノイ
ズとなっている。然しこのような消音結果は数値上は申
し分ないが、周波数特性上フラットな連続音は自然界に
存在しないものであり、このような音は聴感上極めて異
質な印象を受けるという欠点がある。
【0017】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、聴感上、快適な音になるように消音す
ることができる消音装置を提供することを目的とする。
【0018】
【問題点を解決するための手段】以上の目的は、騒音源
の近傍に配設された音波発生手段と、前記騒音源に近接
して配設された騒音検出手段と、少なくとも前記騒音検
出手段の検出出力を受け、前記音波発生手段を駆動する
消音信号生成装置とを備えた消音装置において、前記消
音信号生成装置に1/fn ゆらぎ変換装置を設け、消音
後の音の周波数スペクトルもしくは音圧の変動が1/f
n 特性となるようにしたことを特徴とする消音装置、に
よって達成される。
【0019】
【作用】以上のような手段により、消音後の音質を聴感
上、快適な音質に変換しているのであって、ゆらぎ変換
装置により消音結果を、例えば1/fの特性とすること
ができる。すなわち、周波数が低い音のレベルが高く、
又周波数の高い音のレベルが低い。このような音は、例
えば川のせせらぎ、小鳥のさえずりなど、人間には極め
て好ましい音であるが、このような音が、騒音漏れが発
する高い音レベルを低下させながら得ることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例の実施例による消音装
置について図面を参照して説明する。なお、従来例の図
11に対応する部分については同一の符号を付し、その
詳細な説明は省略する。
【0021】図1は本発明の第1実施例を示すものであ
るが、本実施例でも消音偏差検出マイク4の出力は増巾
器13により増巾され、A/D変換器14によりデジタ
ル変換されるのであるが、この消音誤差信号eが1/f
ゆらぎ変換装置20に供給され、この変換出力εがLM
S9に供給される。
【0022】1/fゆらぎ変換装置20の構成例として
は、例えば図8に示されるハイパスフィルタ22が用い
られる。この一次のハイパスフィルタでカットオフ周波
数は消音帯域の上限付近に設定され、1/fゆらぎ変換
装置20を構成することができるが、その減衰域におい
て20dB/decの傾き、すなわち1/fの逆特性を
有する。従って、このハイパスフィルタ22により、図
1において消音誤差信号eは1/fの逆特性に従って減
衰され周波数が低くなる程、消音誤差信号eが実際より
小さくなるように制御される。LMS9はこの消音誤差
信号eの変換値εをもとにしてADF8の係数の更新を
行なう。この結果として1/fの逆特性に従って、消音
効果は低下する、すなわち周波数が低くなる程、消音効
果は低くなる。従って、周波数スペクトルが1/f特性
である消音結果が得られることになる。すなわち、LM
S9はゆらぎ変換装置20の出力εを受けるが、低周波
に行くほど大きく消音されているものとして、低周波に
行くほど消音性能を低下させるべくADF8を制御す
る。
【0023】図13は実験結果を示すものであるが、明
らかに騒音源の騒音AはグラフCに示すように1/fの
傾きを持った周波数スペクトルの音波に消音されてい
る。このような音はこの騒音源の外方にいる人間にとっ
て心地よい音である、川のせせらぎ、小鳥のさえずり、
木漏れ日のまたたきの変化ににていて、極めて快適なも
のである。
【0024】図2は本発明の第2実施例による消音装置
を示すものであるが、図において従来例及び第1実施例
に対応するものについては同一の符号を付し、その詳細
な説明は省略する。
【0025】すなわち、本実施例によれば、白色ノイズ
の信号を発生する信号発生器21が設けられ、この出力
は増巾器22で増巾されて第2のスピーカ23に供給さ
れる。信号発生器21の出力NS2は騒音検出器5の出
力を増巾する増巾器6の出力NS1に加算器24により
加算され、A/D変換器7に供給される。1/fゆらぎ
変換装置20としては第1実施例と同様に図8のハイパ
スフィルタ22が用いられる。
【0026】本実施例においては、騒音の存在しない周
波数帯域に対し、第2のスピーカ23により意図的に騒
音を付加し、1/fの周波数スペクトルを有する消音結
果を得るようににしている。従って、この第2実施例で
は、騒音が単一周波数のみでなるような場合、例えば騒
音源が振動電動機で駆動される振動ドラムシェーカのよ
うな場合、あるいは騒音の周波数分布が一様でない場合
などに有効であり、やはりこの騒音源2の外方にいる人
間にとっては快い音を伝播させるものである。
【0027】図3は本発明の第3実施例による消音装置
を示すものであるが、上記実施例に対応する部分につい
ては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0028】すなわち、本実施例においては、第2実施
例と同様に白色ノイズの周波数分布をもった信号を発生
する信号発生器21が用いられ、この出力が1/fゆら
ぎ変換装置20’を介してデジタルフィルタ26に供給
されると共に、ADF8の出力に加算器27により加算
され、この加算結果がD/A変換器11に供給され、ス
ピーカ3を駆動させる。1/fゆらぎ変換装置20’と
しては、図7又は図9に示す構成、又はこれらを組み合
わせた構成(図10)が用いられる。すなわち図7のロ
ーパスフィルタ41で成るものか、図9の乗算器43
と、この乗算係数を変えるためのローパスフィルタ44
とから成るものか、又は図10のように乗算器46、こ
の端子に接続されるローパスフィルタ47及びその乗算
係数を変えるローパスフィルタ48とから成るものが用
いられる。
【0029】又、消音偏差検出マイク4の出力は増巾器
13、A/D変換器14を介して減算器28に供給され
る。この一方の端子にはデジタルフィルタ26の出力が
供給され、ここで消音誤差信号eとの差がとられるので
あるが、1/fゆらぎ変換装置20の出力NS2がデジ
タルフィルタ26に入力されることにより、消音誤差信
号eに含まれる信号NS2による付加音成分を算出して
いる。この算出された付加音成分は、減算器28で減算
されることにより、LMS9に与える消音誤差信号ε
は、消音誤差信号eから付加音成分が取り除かれた騒音
と消音音波のみの合成結果となる。LMS9は上述した
ように、eが0となるようにADF8のフィルタ係数を
算出していくのであるが、上記消音誤差信号εを用いる
ことにより、騒音のみが消音されることになる。従っ
て、信号発生器21により加えられた音波が消音されず
開口部1aから外方に伝播されるのであるが、1/fゆ
らぎ変換装置20によりこの付加音は1/f特性を有す
るので、結果的には消音結果が1/f特性となり、外部
にいる人間には快い音を与えるものである。なお、デジ
タルフィルタ26はゆらぎ変換装置20の出力端子→加
算器27→D/A変換器11→増巾器12→スピーカ3
→スピーカ3とマイク4との間の距離→マイク4→増巾
器13→A/D変換器14に沿う径路Aの伝達特性を有
するものである。これはデジタルフィルタ10と同じも
のを用いてもよい。
【0030】1/fゆらぎ変換装置20に図7の構成を
用いた場合は、周波数スペクトルが1/f特性となり、
図9の構成を用いた場合は、音圧の変動が1/f特性と
なり、図7、図9を組み合わせた図10の構成を用いた
場合は、周波数スペクトルが1/fでかつ、音圧の変動
が1/f特性となる。
【0031】図4は本発明の第4実施例による消音装置
を示すものであるが、図において上記実施例に対応する
部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省
略する。
【0032】本実施例においては、騒音検出器としてマ
イクMが用いられ、この出力は増巾器6’に供給される
が第2実施例の等価変形と言える。白色ノイズの信号発
生器21の出力は増巾器32を介して第2のスピーカ3
3に供給される。この白色ノイズの音波は騒音源2から
の音波と共に開口位置へ向って伝播し、消音用のスピー
カ3により上述した論理で消音されるのであるが、結果
として第2実施例と同様な効果を得ることができる。こ
の場合には第2実施例と同様に騒音源2が単一の周波数
でなるような場合に有効である。
【0033】図5は本発明の第5実施例による消音装置
を示し、やはり上記実施例に対応する部分については同
一な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0034】すなわち、本実施例では1/fゆらぎ音を
発生させるためのスピーカを第3実施例と異なり、消音
スピーカ3とは別途に設けている。白色ノイズの信号発
生器21の出力が1/fゆらぎ変換装置20’、D/A
変換器11’、増巾器12’を介して第2スピーカ33
に供給されるのであるが、この変換装置35の出力NS
2はデジタルフィルタ26を介して減算器28に供給さ
れる。デジタルフィルタ26の伝達特性は、ゆらぎ変換
装置20の出力端子NS2、D/A変換器11、増巾器
12、スピーカ33、このスピーカ33とマイク4との
間の空間距離、増巾器13及びA/D変換器14に沿う
経路Bの伝達特性を含むものである。従って、A/D変
換器14の偏差信号eとデジタルフィルタ26の出力と
の減算結果εは、変換装置20の追加信号成分を除去し
た偏差信号εとなり、これが第4実施例と同様にLMS
9に供給されることにより、騒音源2からの騒音が消音
されて、結果として1/fスペクトルの音波が開口端1
aから得られる。なお、消音スピーカ3は図5では省略
されているが、図1と同様に配設され、騒音源2やこれ
と関連する構成要素5〜12は第1実施例と同様であ
る。また、ゆらぎ変換装置としては第3実施例と同様な
構成のものが用いられる。第3実施例と回路動作は同じ
だが、1/fゆらぎ音は、ダクト1の開口部1aにより
近いところで発生させることができるため、ダクト1の
音響特性が付加されにくく、より1/f特性に近い結果
が得られる。1/fゆらぎ音を発生させるためのスピー
カ33、増幅器12、D/A変換器11を、消音音波を
発生させるものと同じものを用い、消音スピーカからS
点までの距離と、S点から付加スピーカ33までの距離
を等しくすれば、デジタルフィルタ26は、デジタルフ
ィルタ10と同じ特性のものが使える。
【0035】図6は本発明の第6実施例による消音装置
を示すものであるが、図において上記実施例に対応する
部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省
略する。
【0036】すなわち、本実施例においてはアナログ回
路で成り、騒音検出器5の出力は増巾器6を介してA/
D変換器されることなく位相シフタ50に供給され、位
相は進相又は遅相され、この出力yが加算器51に加え
られる。他方、白色ノイズの信号発生器21の出力は1
/fゆらぎ変換装置20’を介してこの加算器51に加
えられる。これにより消音スピーカ3からは、騒音源2
からの騒音のレベルを低下すると共に、周波数スペクト
ルが1/f特性をもった音波が開口部1aから外方に発
射される。
【0037】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【0038】例えば第1及び第2実施例の1/fゆらぎ
変換装置20の挿入個所は図示の位置でなくともよく、
消音誤差の検出点S点からLMS9の入力位置までのど
の位置に挿入しても、上記実施例と同等の効果が得られ
る。又、その場合1/fゆらぎ変換装置20の構成は、
デジタル回路、アナログ回路のどちらか、あるいはこれ
らの混合した構成をとってもよく、又、ハイパスフィル
タについては吸音材料などで構成されるメカニカルフィ
ルタ(消音誤差検出マイク4の受音部に装着される)な
どの形態をとることも考えられる。
【0039】又、ANCの構成は以上の実施例で示した
ように、1次元音波を対象としたものに限らず、複数の
検出器と音波発生器を必要とする3次元音波を対象とし
た構成においても、容易に適用可能である。3次元音波
の消音構成は、1次元音波を対象とした構成を拡張した
ものであり、基本構成はほぼ同一である。従って、例え
ばそれぞれの消音誤差検出器から得られる消音誤差信号
のラインに1/fゆらぎ変換装置を挿入することで、上
記実施例と同等な効果が得られる。
【0040】又、負荷音源としての第2のスピーカ23
としては、これに代えて圧電アクチュエータ、リニアモ
ータなどで振動板を駆動するような音源も考えられ、更
にこれらのアクチュエータを用いてダクトなどの壁面を
直接的に振動させても、同等な目的が達成される。
【0041】又、上記実施例のデジタルフィルタ26は
消音誤差検出マイク4が検出する付加音が騒音と消音波
との合成によって得られる消音誤差に比べて、充分小さ
い場合は省略することができる。
【0042】又、図2の実施例では、白色ノイズ信号発
生器21を用いて第2のスピーカ23から白色ノイズの
音波を発生したが、この音波を加えることにより元の騒
音源2の騒音のレベルが極端に大きくなる場合には、ノ
ッチフィルタなどを用いて予め騒音周波数のみを減衰さ
せたノイズ音を付加するようにしてもよい。
【0043】又、図4の実施例では、信号発生器21を
用いたが、ランダムノイズの発生器でもよく、又、1/
fゆらぎ変換装置20は省略してCDプレーヤー、DA
Tプレーヤー、カセットプレーヤーなどにより1/f特
性を含む自然音や音楽などを録音しておき、これを再生
するようにしてもよい。
【0044】又、図7乃至図10には1/fゆらぎ変換
装置の構成例を示したが、ローパスフィルタは−20d
B/decの特性を含むものならどんな種類のフィルタ
でもよく、例えば積分器などに置き換えてもよい。又、
ハイパスフィルタは同じく20dB/decの特性を含
むものなら、どんな種類のフィルタでもよく、例えば微
分器などに置き換えてもよい。
【0045】
【発明の効果】以上述べたように本発明の消音装置によ
れば、消音結果として1/f特性を持った音波を伝播さ
せるので、人間にとって聴感上、自然で違和感のないフ
ィーリングを与え、環境上、極めて良好なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による消音装置のブロック
図である。
【図2】同第2実施例のブロック図である。
【図3】同第3実施例のブロック図である。
【図4】同第4実施例のブロック図である。
【図5】同第5実施例のブロック図である。
【図6】同第6実施例のブロック図である。
【図7】1/fゆらぎ変換装置の具体例を示すブロック
図である。
【図8】他具体例を示すブロック図である。
【図9】更に他具体例を示すブロック図である。
【図10】夫々の他具体例を示すブロック図である。
【図11】従来例の消音装置のブロック図である。
【図12】従来の消音装置による消音効果を示すグラフ
である。
【図13】本発明の各実施例の消音効果を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
20 1/fゆらぎ変換装置 20’ 1/fゆらぎ変換装置 21 信号発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 21/00 8842−5J

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 騒音源の近傍に配設された音波発生手段
    と、前記騒音源に近接して配設された騒音検出手段と、
    少なくとも前記騒音検出手段の検出出力を受け、前記音
    波発生手段を駆動する消音信号生成装置とを備えた消音
    装置において、前記消音信号生成装置に1/fn ゆらぎ
    変換装置を設け、消音後の音の周波数スペクトルもしく
    は音圧の変動が1/fn 特性となるようにしたことを特
    徴とする消音装置。
  2. 【請求項2】 前記音波発生手段の近傍で前記騒音源と
    は反対側に消音偏差検出マイクを設け、該検出マイクの
    検出出力を前記消音信号生成装置に供給するようにした
    ことを特徴とする請求項1に記載の消音装置。
  3. 【請求項3】 前記消音信号生成装置において、白色ノ
    イズの信号発生器を設け、かつ第2の音波発生手段を前
    記騒音源の近傍に設け、前記騒音検出手段の検出出力に
    前記信号発生器の出力を加算するようにした請求項1又
    は請求項2に記載の消音装置。
  4. 【請求項4】 前記消音信号生成装置はアダプティブ・
    フィルタ及びこの係数を制御する係数演算器を含み、前
    記アダプティブ・フィルタに前記騒音検出手段の検出出
    力が供給され、前記第1の音波発生手段に前記アダプテ
    ィブ・フィルタの出力が供給され、かつ前記消音偏差検
    出マイクの出力が前記1/fn ゆらぎ変換装置を介し
    て、前記係数演算器に供給される請求項2又は請求項3
    に記載の消音装置。
  5. 【請求項5】 前記信号発生器の出力が前記1/fn
    らぎ変換装置を介して、前記第1の音波発生手段に供給
    される請求項3に記載の消音装置。
  6. 【請求項6】 前記信号発生器の出力を前記1/fn
    らぎ変換装置を介して、前記第2の音波発生手段に供給
    する請求項3に記載の消音装置。
  7. 【請求項7】 前記1/fn ゆらぎ変換装置はローパス
    フィルタで成る請求項1乃至請求項6の何れかに記載の
    消音装置。
  8. 【請求項8】 前記1/fn ゆらぎ変換装置はハイパス
    フィルタで成る請求項1乃至請求項7の何れかに記載の
    消音装置。
  9. 【請求項9】 前記1/fn ゆらぎ変換装置はローパス
    フィルタ及びこれによりその係数が制御される乗算器と
    で成る請求項1乃至請求項8の何れかに記載の消音装
    置。
  10. 【請求項10】 前記1/fn ゆらぎ変換装置は第1ロ
    ーパスフィルタの出力端子に接続され、その乗算係数が
    第2ローパスフィルタにより制御される乗算器から成る
    請求項1乃至請求項9の何れかに記載の消音装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014137204A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置の室内機及び空気調和装置
JP2015191858A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 大阪瓦斯株式会社 燃料電池装置

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