JPH10312192A - 能動騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、ダクト内空間とセンサホルダ
内空間の境界に薄膜フィルムを設けることにより、ダク
ト内の乱流音及び風圧音がセンサに入力されるのを防止
し得る能動騒音制御装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、ダクト２内に伝搬する騒音を検
知する第１センサ装置１および前記ダクト２内の消音状
況を検知する第２センサ装置８として、ダクト２内空間
に連通しダクト２内空間の外側にセンサホルダ２６内空
間を設け、このセンサホルダ２６内空間にセンサ２４を
設置し、前記ダクト２内空間と前記センサホルダ２６内
空間の境界に薄膜フィルム２１を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダクト内騒音の伝
搬通路内において騒音と逆位相同音圧の音波を放射して
騒音の消音を行なう能動騒音制御装置に係り、特にその
センサ装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、空調用ダクト内を伝搬する騒音
を消音する一つの方法として、ダクト内に内貼りした吸
音材によって吸音する方法など、主に受動的な消音方法
がとられてきたが、圧力損失や大きさなどの問題点を抱
えている。

【０００３】一方、ダクト内伝搬騒音の音波に対して逆
位相同音圧の音波を同時にダクト内に放射して、両音波
の干渉によって消音を行なう能動的な消音方法の研究が
盛んに行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、能動的
な消音方法では、周辺技術など、詳細部には技術的課題
が残っている。すなわち、ダクト内の伝搬騒音の情報を
取り込む第１マイクロホンおよび消音状況の情報を取り
込む第２マイクロホンは、風速１０［ｍ／ｓｅｃ］にお
よぶ気流の中に設置される。気流が直接マイクロホンに
当たると、マイクロホン近傍の気流の乱れによる乱流音
や、気流の圧力がマイクロホン振動板に直接与える風圧
音など、実際の伝搬騒音とは無相関な情報がマイクロホ
ンに入力される。

【０００５】気流による無相関な情報を除外し、なおか
つダクト内の騒音情報をより正確に取り込むため、ダク
ト壁面に設置するマイクロホンホルダの形状に関する研
究も行なわれ、風防として軟質ウレタンフォームを設け
る工夫がなされてきたが、高速な気流には十分対応でき
なかった。

【０００６】特に、風圧音の周波数は低く、能動的な消
音方法が消音の対象とする低周波音域と重なるため、消
音効果を極端に悪化させる原因となっていた。本発明は
上記の事情に鑑みてなされたもので、ダクト内空間とセ
ンサホルダ内空間の境界に薄膜フィルムを設けることに
より、ダクト内の乱流音及び風圧音がセンサに入力され
るのを防止し得る能動騒音制御装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の能動騒音制御装置は、ダクト内に伝搬する騒
音を検知する第１センサ装置と、前記ダクト内の消音状
況を検知する第２センサ装置と、前記第１センサ装置及
び第２センサ装置の検知出力により制御されダクト内伝
搬騒音に対して逆位相同音圧の音波を音波発生部よりダ
クト内に放射することによってダクト内伝搬騒音を消音
する能動騒音制御装置において、前記第１センサ装置お
よび第２センサ装置として、ダクト内空間に連通しダク
ト内空間の外側にセンサホルダ内空間を設け、このセン
サホルダ内空間にセンサを設置し、前記ダクト内空間と
前記センサホルダ内空間の境界に薄膜フィルムを設ける
ことを特徴とするものである。

【０００８】本発明の薄膜フィルムはダクト内空間の空
気とセンサホルダ内空間の空気を遮断し、風圧や乱流が
センサホルダ内空間に侵入するのを防ぐ効果がある。ま
た、薄膜フィルムは消音の対象となる低音域では音響的
に透過性があるので、消音性能を悪化させることはな
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図２は本発明が適用される
能動騒音制御装置の一例を示す構成説明図である。すな
わち、第１センサ装置１のマイクロホンによってダクト
２内を伝搬する騒音の情報をアナログ電気信号としてと
り込み、さらにマイクロホンアンプの増幅器３を通して
増幅する。

【００１０】前記増幅器３によって増幅されたアナログ
電気信号に対して、まずアナログローパスフィルタ４を
通す。そのあとＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器
５を通してディジタル電気信号に変換する。

【００１１】こうして消音の対象とする低周波数領域の
信号のみを含むデジタル電気信号を、ディジタル演算部
６の消音信号発生フィルタ１３に入力すると共にＦＩＲ
フィルタ（ディジタルフィルタ）２０を介してディジタ
ル演算部６の適応制御アルゴリズム１２に入力する。

【００１２】また、システムが稼働することによるダク
ト２内の消音の状況が、騒音源から見て消音用スピーカ
７より下流側に設置された第２センサ装置８のマイクロ
ホンで検知される。この第２センサ装置８のマイクロホ
ンから得られたダクト２内の消音状況の情報であるアナ
ログ電気信号も、第１センサ装置１から得られたアナロ
グ電気信号と同じように、マイクロホンアンプの増幅器
９、アナログ信号処理によるアナログ−ローパスフィル
タ１０、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器１１を
通してディジタル電気信号に変換してディジタル演算部
６の適応制御アルゴリズム１２に入力する。

【００１３】前記第２センサ装置８からなるシステムが
稼働することによってどれだけダクト２内伝搬騒音が消
音されたかの情報が入力される。ディジタル演算部６で
はその情報を取り込んでその信号が常にゼロに近付くよ
うな最適な係数を適応制御アルゴリズム１２に基づいて
算出し、消音信号発生フィルタ１３のフィルタ係数とし
て第１センサ装置１からの入力信号に畳み込む演算を行
なう。

【００１４】こうしてディジタル演算部６では様々な係
数を第１センサ装置１からの入力信号に畳み込み演算
し、適応制御アルゴリズム１２により消音信号発生フィ
ルタ１３を逐次更新して消音用ディジタル電気信号を作
成する。

【００１５】この消音信号発生フィルタ１３からの消音
用ディジタル電気信号をＤ／Ａ（デジタル−アナログ）
変換器１４によりアナログ電気信号に変換してアナログ
信号処理によるアナログローパスフィルタ１５を通して
最終的に消音の対象とする低周波数領域の信号のみを含
む消音用アナログ電気信号にする。

【００１６】この消音用アナログ電気信号をパワーアン
プの増幅器１６により増幅して消音用スピーカ７を駆動
し、ダクト２内に消音用音波を放射する。こうして様々
な信号処理が施され、ダクト２内を伝搬する騒音に対し
て逆位相同音圧の消音用音波がダクト２内に放射され
る。放射された消音用音波はダクト２内を伝搬する騒音
音波と干渉を起こし打ち消しあって消音効果が得られ
る。

【００１７】前記増幅器３、９及びアナログローパスフ
ィルタ４、１０及びＡ／Ｄ変換器５、１１はＡ／Ｄ変換
部１７、１８を構成し、前記Ｄ／Ａ変換器１４及びアナ
ログローパスフィルタ１５及び増幅器１６はＤ／Ａ変換
部１９を構成する。

【００１８】図１は本発明の一実施形態例に係る能動騒
音制御装置のセンサ装置を示す断面図である。即ち、例
えば亜鉛鉄板製等のダクト２の壁面にはダクト２の長さ
方向に長辺を持つ長方形のダクト壁面開口部２５が設け
られ、このダクト壁面開口部２５には例えば高分子化合
物等よりなる薄膜フィルム２１がダクト壁面開口部２５
を塞ぐように設けられる。この薄膜フィルム２１及び前
記ダクト２の内壁面には例えばグラスウール等よりなる
多孔質部材２２が設けられる。前記ダクト壁面開口部２
５近傍のダクト２の外壁面には例えば鉛板等よりなるセ
ンサホルダ２６がダクト壁面開口部２５を塞ぐようにダ
クト壁面開口部２５の長さ方向を底辺とする断面二等辺
三角形状のセンサホルダ内空間を設けるように取り付け
られる。前記センサホルダ２６はダクト壁面開口部２５
の伝搬騒音上流端および伝搬騒音下流端から両端間の中
央に傾斜して形成される。前記センサホルダ２６内のセ
ンサホルダ内空間には例えば軟質ウレタンフォーム等よ
りなる多孔質充填部材２３が設けられる。この多孔質充
填部材２３中には例えば単一指向性マイクロホンよりな
るセンサ２４が受音面を騒音源方向に向けてセンサホル
ダ内空間に設置される。

【００１９】前記薄膜フィルム２１はダクト内空間の空
気とセンサホルダ内空間の空気を遮断し、風圧や乱流が
センサホルダ内空間に侵入するのを防ぐ効果がある。ま
た、前記薄膜フィルム２１は消音の対象となる低音域で
は音響的に透過性があるので、消音性能を悪化させるこ
とはない。

【００２０】又、前記センサホルダ２６のセンサホルダ
内空間を小さな底角を持つ断面二等辺三角形状とするこ
とによって、ダクト２内伝搬音波がセンサホルダ内空間
内に侵入する際に回折現象を防ぎ単一指向性マイクロホ
ンの単一指向特性を活かせるマイクロホン設置空間を実
現することができる。

【００２１】又、多孔質充填部材２３中にマイクロホン
よりなるセンサ２４を保持し、多孔質充填部材２３とし
て軟質ウレタンフォームを用いると、軟質ウレタンフォ
ームは中域から高域の周波数領域の音は吸音するが低周
波数領域の音はほとんど吸音せず透過するので、消音の
対象とする低周波数領域の音は変化を受けることなくほ
とんど減衰せずにマイクロホンよりなるセンサ２４に到
達する。また多孔質充填部材２３はダクト２の振動を吸
収する。したがって、センサ２４はダクト２内を伝搬す
る騒音の情報及びダクト２内の消音状況を正確にシステ
ム内に取り込むことができる。すなわち、ダクト２の振
動を吸収するから、不要な音を含まない消音音波を発生
することができ、精度の高い騒音制御を行なうことがで
きる。

【００２２】図３は本発明に係る薄膜フィルムの効果を
確認するための実験システムの一例を示す構成説明図で
ある。すなわち、送風機３１によって直管ダクト３２内
に送風を行ない、かつダクト３２の経路途中で騒音源３
３からの騒音信号を増幅器３４で増幅して後、スピーカ
３５よりピンクノイズを発生させた。ダクト３２の経路
中の異なる２点にセンサ装置３６，３７を設置し、この
２つのセンサ装置３６，３７から入力される入力信号を
それぞれ対応した増幅器３８，３９で増幅した後、ＦＦ
Ｔ（高速フーリエ変換）アナライザ４０に供給して、２
つの入力信号間のコヒーレンス関数から２つのセンサ装
置３６，３７の入力信号の相関を調べる。この場合、セ
ンサ装置３６，３７の近傍で発生する風雑音は２つのセ
ンサ装置３６，３７間の相関を悪化させるため、コヒー
レンス関数を見ることで風雑音の影響を判断することが
できる。

【００２３】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係
る実験システムによる実験結果の一例を示す特性図であ
り、図４（ａ）は風速０［ｍ／ｓｅｃ］、図４（ｂ）は
風速６［ｍ／ｓｅｃ］、図４（ｃ）は風速１０［ｍ／ｓ
ｅｃ］の場合である。図において、横軸に周波数、縦軸
にコヒーレンスを表しており、各周波数ごとの２つの入
力信号の相関を０．０〜１．０の数値で判断することが
できる。すなわち、コヒーレンスが０．０に近ければ相
関が低く、１．０に近ければ相関が高いということにな
る。また、本発明による薄膜フィルムを貼ったセンサ装
置の実験結果を実線で示し、比較例の薄膜フィルムのな
いセンサ装置の実験結果を破線で示してある。なお、本
発明のセンサ装置は、グラスウールを内貼りしたダクト
の開口部に薄膜フィルムを張りその外側に、マイクロホ
ンよりなるセンサを埋設するように軟質ウレタンフォー
ムを充填したセンサホルダを設置して構成し、比較例の
センサ装置は、グラスウールを内貼りしたダクトの開口
部に、マイクロホンよりなるセンサを埋設するように軟
質ウレタンフォームを充填したマイクロホンホルダを直
接設置して構成した。

【００２４】図４（ａ）に示すように、風速０［ｍ／ｓ
ｅｃ］の時には、本発明のセンサ装置および比較例のセ
ンサ装置ともに同じような相関が見られる。５０［Ｈ
ｚ］あたりで極端にコヒーレンスが落ち込んでいるがこ
れはダクト形状に由来するものであり、センサ装置とは
関係はない。また、４００［Ｈｚ］以上の周波数で、コ
ヒーレンスが悪化しているが、これも消音の対象帯域か
ら外れるため、問題はない。

【００２５】図４（ｂ）に示すように、風速６［ｍ／ｓ
ｅｃ］の時には、５０［Ｈｚ］以下の領域で比較例のセ
ンサ装置の相関が悪化している。図４（ｃ）に示すよう
に、風速１０［ｍ／ｓｅｃ］の時には、８０［Ｈｚ］以
下の周波数において比較例のセンサ装置の相関が極端に
悪化している。本発明のセンサ装置の場合にも多少の悪
化は見られるが、比較例のセンサ装置程ではない。

【００２６】つまり、本発明による薄膜フィルムを貼っ
たセンサ装置を使用した方が、風速が速くなっても２つ
のセンサ装置間の相関がとれ、消音性能を悪化させるこ
とがない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ダク
ト内空間とセンサホルダ内空間の境界に薄膜フィルムを
設けることにより、ダクト内の乱流音及び風圧音がセン
サに入力されるのを防止し得る能動騒音制御装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る能動騒音制御装置
のセンサ装置を示す断面図である。

【図２】本発明が適用される能動騒音制御装置の一例を
示す構成説明図である。

【図３】本発明に係る薄膜フィルムの効果を確認するた
めの実験システムの一例を示す構成説明図である。

【図４】本発明に係る実験システムによる実験結果の一
例を示す特性図であり、（ａ）は風速０［ｍ／ｓｅ
ｃ］、（ｂ）は風速６［ｍ／ｓｅｃ］、（ｃ）は風速１
０［ｍ／ｓｅｃ］の場合である。

【符号の説明】

１…第１センサ装置、２…ダクト、３…増幅器、４…ア
ナログローパスフィルタ、５…Ａ／Ｄ（アナログ−ディ
ジタル）変換器、６…ディジタル演算部、７…消音用ス
ピーカ、８…第２センサ装置、９…増幅器、１０…アナ
ログローパスフィルタ、１１…Ａ／Ｄ（アナログ−ディ
ジタル）変換器、１２…適応制御アルゴリズム、１３…
消音信号発生フィルタ、１４…Ｄ／Ａ（ディジタル−ア
ナログ）変換器、１５…アナログローパスフィルタ、１
６…増幅器、１７，１８…Ａ／Ｄ変換部、１９…Ｄ／Ａ
変換部、２０…ＦＩＲフィルタ、２１…薄膜フィルム、
２２…多孔質部材、２３…多孔質充填部材、２４…マイ
クロホンよりなるセンサ、２５…ダクト壁面開口部、２
６…センサホルダ、３１…送風機、３２…直管ダクト、
３３…騒音源、３４…増幅器、３５…スピーカ、３６，
３７…マイクロホン、３８，３９…増幅器、４０…ＦＦ
Ｔ（高速フーリエ変換）アナライザ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内に伝搬する騒音を検知する第１
   センサ装置と、前記ダクト内の消音状況を検知する第２
   センサ装置と、前記第１センサ装置及び第２センサ装置
   の検知出力により制御されダクト内伝搬騒音に対して逆
   位相同音圧の音波を音波発生部よりダクト内に放射する
   ことによってダクト内伝搬騒音を消音する能動騒音制御
   装置において、 前記第１センサ装置および第２センサ装置として、ダク
   ト内空間に連通しダクト内空間の外側にセンサホルダ内
   空間を設け、このセンサホルダ内空間にセンサを設置
   し、前記ダクト内空間と前記センサホルダ内空間の境界
   に薄膜フィルムを設けることを特徴とする能動騒音制御
   装置。