JP2017009835A - 騒音抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆位相信号を計算するための信号処理の負荷を低減する。
【解決手段】複数のマイク（１１）が検出した騒音を、フィルタ回路によって、複数の騒音波に分離する騒音波分離部（２２）と、複数の前記騒音波の逆位相波を用いて、前記騒音の逆位相信号を生成する逆位相波生成部（２３）と、逆位相信号を出力するスピーカ制御部（２４）と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、騒音抑制装置に関し、例えば、騒音にその騒音とは逆の位相を有する音波を重ねることによって騒音を抑制する騒音抑制装置に関する。

ＡＮＣ（アクティブノイズコントロール）技術とは、下記非特許文献１に記載されているように、騒音に、その騒音とは逆の位相の音波（以下で逆位相波と呼ぶ場合がある）を重ねることによって、騒音を抑制または消音する技術である。ＡＮＣ技術の対象となる騒音信号には、例えば、家電等が備えたモータの駆動音の他に、掃除機の排気音やエアコンの送風音などが含まれる。

特許文献１には、ＡＮＣ技術を用いて騒音の抑制または消音を行うアクティブ消音装置が開示されている。具体的には、特許文献１に記載のアクティブ消音装置は、１つのマイクロフォンを用いて騒音の波形データ（騒音信号）を取り込み、取り込んだ騒音信号に対して、周波数解析を実行することにより、騒音信号に対応する逆位相信号を生成する。そして、生成した逆位相信号を１つのスピーカから出力し、騒音に合流させることによって、騒音を打ち消す。

特開平９−２９７５８５号公報（１９９７年１１月１８日公開）

アクティブ音響シールディングに関する基礎研究(低周波減音性能の改善) Basic Study on Active Acoustic Shielding (Improving Noise Reducing Performance in Low Frequency Region) 村尾 達也（鳥取大），西村 正治（鳥取大）；日本機械学会 中国四国支部 第50期総会・講演会（２０１２年３月７，８日開催）

騒音信号には、複数の騒音源からの騒音波が含まれている場合がある。この場合、騒音信号から逆位相信号を生成するための周波数解析は、負荷の大きい信号処理になる。そのため、特許文献１に記載のアクティブ消音装置は、負荷の大きい信号処理に耐え得る大きな回路基板を備える必要があるので、小型化（省スペース化）することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、騒音信号に逆位相信号を重ねることによって騒音信号を抑制する騒音抑制装置において、逆位相信号を計算するための信号処理の負荷を低減することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る騒音抑制装置は、複数のマイクロフォンが検出した互いに異なる騒音信号から、互いに異なる周波数成分である複数の騒音波を抽出する騒音波抽出部と、前記騒音波抽出部が抽出した前記複数の騒音波とは逆位相を有する複数の逆位相波を生成する逆位相波生成部と、前記逆位相波生成部が生成した前記複数の逆位相波を用いて、前記騒音信号と重なり合った場合に前記騒音信号を弱めるように働く逆位相信号を出力する逆位相信号出力部と、を含む。

本発明の一態様によれば、逆位相信号を計算するための信号処理の負荷を低減することができる。

実施形態１に係るアクティブ消音装置の構成を示すブロック図である。 実施形態１に係るアクティブ消音装置の制御部が実行する騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態１に係る騒音抑制処理における消音ユニットの動作を説明する図である。 本発明の一適用例を示す図であり、実施形態１に係る掃除機を示す図である。 図３の「騒音源を含んだ装置」が掃除機である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態１に係る掃除機が発生する騒音、および、アクティブ消音装置によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。 実験結果の一例を示す図であり、２台のスピーカの間の距離と、測定された音圧との関係を示すグラフである。 本発明の一適用例を示す図であり、実施形態２に係る掃除機を示す図である。 本発明の一適用例を示す図であり、実施形態３に係る空気調和器を示す図である。 図３の「騒音源を含んだ装置」が空気調和器である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態３に係る空気調和器が発生する騒音、および、アクティブ消音装置によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。 本発明の一適用例を示す図であり、実施形態４に係る洗濯機を示す図である。 図３の「騒音源を含んだ装置」が洗濯機である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態３に係る洗濯機が発生する騒音、および、アクティブ消音装置によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。 本発明の一適用例を示す図であり、実施形態５に係る室外機を示す図である。 図３の「騒音源を含んだ装置」が室外機である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態５に係る室外機が発生する騒音、および、アクティブ消音装置によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて詳細に説明する。

（アクティブ消音装置１００）
図１を用いて、本実施形態に係るアクティブ消音装置１００（騒音抑制装置）の構成を説明する。図１はアクティブ消音装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、アクティブ消音装置１００は、複数の消音ユニット１０と、１つの制御部２０とを備えている。アクティブ消音装置１００が備えた複数の消音ユニット１０は、全て、同じ制御部２０によって制御される。図１では、アクティブ消音装置１００が備えた消音ユニット１０の数は３つである。しかしながら、アクティブ消音装置１００は、例えば、３つ以上７つ以下の消音ユニット１０を備えていてよい。特に、アクティブ消音装置１００は、騒音源の数に対応する数の消音ユニット１０を備えていてよい。

図３は、騒音源を含んだ装置に取り付けられた消音ユニット１０を示す図である。図３に示すように、アクティブ消音装置１００の消音ユニット１０は、騒音源を含んだ装置が発生させる騒音に、その騒音とは逆位相を有する音波（逆位相信号）を重ねる（重畳する）ことによって、騒音を抑制または消音する。

図１および図３に示すように、アクティブ消音装置１００の各消音ユニット１０は、マイクロフォン１１（図１では、第１マイク、第２マイク、第３マイク）およびスピーカ１２を１つずつ備えている。しかし、消音ユニット１０は、マイクロフォン１１とスピーカ１２とを、同数ずつ備えていればよく、それぞれを複数ずつ備えていてもよい。図３に示すように、消音ユニット１０は、騒音源を含んだ装置に取り付けられたときに、装置、マイク１１、スピーカ１２がこの順で並ぶように構成されている。また、スピーカ１２は、音声の出力面が装置側を向くように配置されている。マイク１１とスピーカ１２とは、対向する面上に配置されている。マイク１１が配置されている面は、騒音源を含んだ装置と接触する。なお、マイク１１とスピーカ１２との間の距離ａの望ましい範囲、および、消音ユニット１０の厚さｂ（あるいはスピーカ１２と装置との間の距離）の望ましい範囲について、本実施形態の最後に説明する。

図示しないが、アクティブ消音装置１００は、抑制された騒音を検出するエラーマイクをさらに備えていてもよい。あるいは、消音ユニット１０のマイク１１が、エラーマイクとしても機能してもよい。この構成では、アクティブ消音装置１００は、エラーマイクが検出した騒音と、マイク１１が検出した騒音とを比較することによって、スピーカ１２から出力された逆位相信号が騒音を実際に抑制しているか否かを確認することができる。また、確認の結果から、スピーカ１２に故障が発生しているか否かを判断することができる。

アクティブ消音装置１００の制御部２０は、アクティブ消音装置１００が備えた複数の消音ユニット１０を制御して、複数の騒音源から発生する騒音波を抑制または消音する騒音抑制処理を実行する。図１に示すように、制御部２０は、騒音波データ取得部２１、騒音波分離部２２（騒音波抽出部）、逆位相波生成部２３（、逆位相波生成部、逆位相信号出力部）、およびスピーカ制御部２４を含んでいる。なお、制御部２０の各部の動作については、以下で、騒音抑制処理の流れの説明とともに説明する。

（騒音抑制処理）
図２および図３を用いて、前述した制御部２０の各部（図１参照）が実行する騒音抑制処理の流れを説明する。図２は、騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。図３は、騒音抑制処理における消音ユニット１０の動作を説明する図である。図３に示すように、複数の騒音源を含んだ装置には、複数（図３では２つ）の消音ユニット１０が取り付けられているとする。

図２に示すように、騒音抑制処理では、まず、騒音波データ取得部２１が、各消音ユニット１０のマイク１１が検出した騒音（以下では元の騒音と呼ぶ）の波形データ（騒音信号）を取得する（Ｓ１）。図３に示すように、各マイク１１が検出する元の騒音には、２つの騒音源からの騒音波が含まれている。騒音波データ取得部２１は、取得した複数の騒音信号を騒音波分離部２２に出力する。

次に、図２に示すように、騒音波分離部２２が、騒音波データ取得部２１から入力された騒音信号を、各騒音源が発生する騒音波（図３の波形１、波形２）の波形データごとに分離する（Ｓ２）。具体的には、騒音波分離部２２は、既知のフィルタ回路を用いて、各マイク１１が検出した元の騒音の騒音信号から、それぞれ、互いに異なる複数の周波数成分を抽出する。抽出された特定の周波数成分は、１つの騒音波に対応する。ここで、騒音波分離部２２は、騒音信号から複数の騒音波を分離するために、例えば、独立成分分析法またはブラインド音源分離法を利用することができる。

騒音波分離部２２は、騒音信号から分離した複数の騒音波を、逆位相波生成部２３に出力する。

その後、逆位相波生成部２３は、騒音波分離部２２が分離した複数の騒音波の各々について、その騒音波とは位相が逆である逆位相波を生成する。そして、生成した複数の逆位相波の波形データを、重み係数をかけた上で合成することによって、元の騒音とは位相が逆である逆位相波（逆位相信号）（図３参照）の波形データを生成する（Ｓ３）。逆位相波生成部２３は、生成した逆位相信号をスピーカ制御部２４に出力する。ここで、元の騒音が変化した場合（例えば、元の騒音に含まれる１つの騒音波の音量が増大した場合）、逆位相波生成部２３は、重み係数を変化させることによって、変化した元の騒音に逆位相信号を対応させる。

スピーカ制御部２４は、逆位相波生成部２３から入力された逆位相信号を用いて、逆位相信号を騒音源からの騒音に重ねるように、消音ユニット１０のスピーカ１２から逆位相信号を出力する（Ｓ４）。出力された逆位相信号が元の騒音に重なり合うことによって、元の騒音が打ち消される。すなわち、元の騒音が抑制または消音される。

以上で騒音抑制処理は終了する。

（掃除機１への適用）
図４を用いて、複数の騒音源を含んだ装置へのアクティブ消音装置１００の一適用例を説明する。図４は、アクティブ消音装置１００を装着した掃除機１を示す図である。図４の掃除機１は、図３の「騒音源を含んだ装置」に対応する。

図４に示すように、掃除機１の本体には、複数（図４では３つ）の消音ユニット１０および１つの制御部２０で構成されるアクティブ消音装置１００が装着されている。掃除機１の本体の内部には、掃除機１を作動させるためのモータ３０が搭載されている。掃除機１は、吸引ノズルから空気を吸引し、空気中から塵埃を除去した後、排気経路から空気を排出する。掃除機１が動作している間、掃除機１が発生する騒音には、（ｉ）モータ３０が駆動する音、および（ｉｉ）排気経路を空気が流れる音の他に、（ｉｉｉ）各消音ユニット１０が動作する音が含まれている。

（掃除機１への適用例における騒音抑制処理）
図５は、図３の「騒音源を含んだ装置」が図４の掃除機１である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。ここで、図５中、破線で示す各ブロック内には、そのブロックが図２に示すＳ１〜Ｓ４のうちどのブロック（ステップ）に対応するかを示している。

図５に示すように、掃除機１への適用例における騒音抑制処理では、複数の消音ユニット１０の複数のマイク１１（図５では、第１マイク、第２マイク、第３マイク）は、それぞれ、上述した３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）を含んだ元の騒音を検出する（Ｓ１）。

複数のマイク１１によってそれぞれ検出された元の騒音は、騒音波分離部２２のフィルタリング処理によって、３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）に分離される（Ｓ２）。

逆位相波生成部２３のマッチング処理によって、３種類の騒音波の逆位相波が、重み付されて足し合されることによって、元の騒音とは逆の位相を有する逆位相信号が生成される（Ｓ３）。例えば、モータ３０に最も近いスピーカ１２から出力される逆位相信号は、モータ３０を騒音源とする騒音波を主に抑制するような重み付けがされる。各騒音波に付加される重み係数は、逆位相信号の出力において、各騒音波（の逆位相波）の出力が占める割合を表す。

ここで、重み係数が１よりも大きくなる場合としては、例えば、スピーカ１２の故障によって、スピーカ１２の出力が低下している場合があり得る。ある騒音波（の逆位相波）の重み係数が１を超えている場合、その騒音波を含む騒音の音量は、スピーカ１２が出力可能な音量の上限値を超えており、スピーカ１２から、その騒音波を十分に抑制するための逆位相信号を出力することができないと考えられる。また、重み係数が１を超える場合、スピーカ１２から出力される逆位相信号の音量が非常に大きくなる。そこで、少なくとも１種類の騒音波の重み係数が１より大きくなる場合、騒音抑制処理は停止してもよい。

生成された逆位相信号は、各消音ユニット１０のスピーカ１２（図５では、第１スピーカ、第２スピーカ、第３スピーカ）から出力される（Ｓ４）。

（掃除機１への適用例における本発明の効果）
図６は、アクティブ消音装置１００を装着したある掃除機１が発生する騒音、および、アクティブ消音装置１００によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。図６中、破線は、掃除機１が発生する元の騒音の周波数特性を示し、実線は、アクティブ消音装置１００が発生する逆位相信号によって抑制された騒音の周波数特性を示す。

図６に示すように、アクティブ消音装置１００によって、掃除機１が発生する元の騒音は、特に低周波領域（２００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下）において抑制されている。そのため、掃除機１が発生する騒音の音量を４５ｄＢ（環境省が定めた住宅地における深夜の生活騒音の基準値）以下に抑制することができる。本発明は、特に、低周波領域において、大きい音量の騒音を発生する掃除機１に適用された場合、大きな効果を得ることができる。

（消音ユニット１０に関する追加説明）
ここでは、図３に示す消音ユニット１０における、マイク１１とスピーカ１２との間の距離ａ、および、消音ユニット１０の厚さｂ（あるいは、スピーカ１２と装置との間の距離）について、実験結果に基づいて決定した望ましい範囲を説明する。

実験では、まず、２台のスピーカを対面配置し、各スピーカから、相手のスピーカから出力される音波に対応する単一周波数の逆位相信号を出力した。そして、２台のスピーカの中間に配置されたマイクによって、重なり合った音波の音圧（単位：ｄＢ）を測定した。２台のスピーカの間の距離を、約５ｃｍから約２０ｃｍまでの範囲内で変えながら、以上の測定を繰り返した。ここで、実験における１台のスピーカは、消音ユニット１０のスピーカ１２に対応し、実験における他方のスピーカは、消音ユニット１０が取り付けられる「騒音源を含んだ装置」（図３）の騒音源に対応する。

図７は、実験結果の一例を示す図であり、２台のスピーカの間の距離と、測定された音圧との関係を示すグラフである。図７に示すように、２台のスピーカの間の距離が短いほど、測定される音圧は小さい。例えば、距離が１０ｃｍであるとき、逆位相信号がない場合（すなわち、一方のスピーカのみから音波を出力する場合）と比較して、音圧は１０ｄＢ程度低下した。一方、距離が２０ｃｍであるとき、逆位相信号がない場合と比較して、音圧の低下は５ｄＢ程度まで減少した。

逆位相信号による騒音の音圧の低下が５ｄＢ以上である場合、消音ユニット１０が実用化される可能性がある。そのため、上記の実験結果によれば、消音ユニット１０の厚さｂは、２０ｃｍ以下に設定することが望ましい。また、スピーカ１２と装置との間にマイク１１が配置されることを考慮すると、厚さｂは、通常、１０ｃｍ以上に設定されることが望ましい。したがって、厚さｂは、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下であることが望ましい。

マイク１１は、装置の振動による影響を受けないように、スピーカ１２と装置との中間に配置される。したがって、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下である場合、マイク１１とスピーカ１２との間の距離ａは、５ｃｍ以上１０ｃｍ以下に設定されることが望ましい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態でも、前記実施形態１と同様に、アクティブ消音装置１００（図１参照）の掃除機への適用例を説明する。ただし、本実施形態では、アクティブ消音装置１００は、掃除機の本体だけでなく、掃除機の吸引ノズルにも装着される。

（掃除機２への適用）
図８は、本実施形態に係る掃除機２を示す図である。図８に示すように、掃除機２には、その本体に、複数の消音ユニット１０および１つの制御部２０で構成されるアクティブ消音装置１００が装着されている。さらに、掃除機２には、その吸引ノズルにも、２つの消音ユニット１０Ａおよび１つの制御部２０Ａで構成されるアクティブ消音装置１００が装着されている。

掃除機２の本体に装着された消音ユニット１０と、掃除機２の吸引ノズルに装着された消音ユニット１０Ａとは、互いに別々に動作する。掃除機２の本体に装着された消音ユニット１０は、前記実施形態１で説明した３種類の騒音波を抑制または消音する。また、掃除機２の吸引ノズルに装着された消音ユニット１０Ａは、掃除機２の吸引ノズルが発生する騒音波（例えば、ブラシの回転音）を抑制または消音する。なお、消音ユニット１０Ａおよび制御部２０Ａの構成は、前記実施形態１で説明した消音ユニット１０および制御部２０の構成と同様である。

本実施形態の構成によれば、前記実施形態１で説明した３種類の騒音波だけでなく、吸引ノズルが発生する騒音波も抑制または消音することができる。したがって、掃除機が発生する生活騒音をさらに低減することができる。なお、アクティブ消音装置１００は、掃除機２の吸引ノズルだけでなく、または、吸引ノズルの代わりに、騒音波を発生する他の部位に装着されてもよい。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図９〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では、アクティブ消音装置１００（図１参照）の空気調和器への適用例を説明する。

（空気調和器３への適用）
図９は、本実施形態に係る空気調和器３を示す図である。図９に示すように、空気調和器３には、その本体に、複数の消音ユニット１０および１つの制御部２０で構成されるアクティブ消音装置１００が装着されている。消音ユニット１０は、空気調和器３の本体の周囲を囲むように、８個以上１６個以下が配置されている。

消音ユニット１０において、マイク１１とスピーカ１２との間の距離ａは、５ｃｍ＜＝ａ＜＝２０ｃｍであってよい。また、消音ユニット１０の厚さｂ、すなわち、スピーカ１２と装置との間の距離は、１０ｃｍ＜＝ｂ＜＝２０ｃｍであってよい。消音ユニット１０の縦横方向の幅は、空気調和器３に取り付けられた消音ユニット１０の個数、および、空気調和器３のサイズによって異なってよい。

図９に示すように、空気調和器３の騒音源は、空気調和器３が備えたモータ３０および送風口である。空気調和器３に取り付けられた消音ユニット１０のマイク１１が検出する騒音には、（ｉ）モータ３０が駆動する音、（ｉｉ）送風口から空気が流出する音、および（ｉｉｉ）各消音ユニット１０が動作する音が含まれる。

（空気調和器３への適用例における騒音抑制処理）
図１０は、図３の「騒音源を含んだ装置」が図９の空気調和器３である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。ここで、図１０中、破線で示す各ブロック内には、そのブロックが図２に示すＳ１〜Ｓ４のうちどのブロック（ステップ）に対応するかを示している。

図１０に示すように、空気調和器３への適用例における騒音抑制処理では、複数の消音ユニット１０の複数のマイク１１（図１０では、第１マイク、第２マイク、第３マイク）は、それぞれ、上述した３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）を含んだ元の騒音を検出する（Ｓ１）。

複数のマイク１１によってそれぞれ検出された元の騒音は、騒音波分離部２２のフィルタリング処理によって、３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）に分離される（Ｓ２）。

逆位相波生成部２３のマッチング処理によって、３種類の騒音波の波形データが、重み付されて足し合されることによって、元の騒音とは逆の位相を有する逆位相信号が生成される（Ｓ３）。ここで、少なくとも１種類の騒音波の重み係数が１より大きくなる場合、騒音抑制処理は停止してもよい。

生成された逆位相信号は、各消音ユニット１０のスピーカ１２（図１０では、第１スピーカ、第２スピーカ、第３スピーカ）から出力される（Ｓ４）。

（空気調和器３への適用例における本発明の効果）
図１１は、アクティブ消音装置１００を装着したある空気調和器３が発生する騒音、および、アクティブ消音装置１００によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。図１１中、破線は、空気調和器３が発生する元の騒音の周波数特性を示し、実線は、アクティブ消音装置１００が発生する逆位相信号によって抑制された騒音の周波数特性を示す。

図１１に示すように、アクティブ消音装置１００によって、空気調和器３が発生する元の騒音は、特に低周波領域（２００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下）において抑制されている。そのため、空気調和器３が発生する騒音の音量を４５ｄＢ（環境省が定めた住宅地における深夜の生活騒音の基準値）以下に抑制することができる。本発明は、特に、低周波領域において大きい音量の騒音を発生する空気調和器３に適用された場合、大きな効果を得ることができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１２〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では、アクティブ消音装置１００（図１参照）の洗濯機への適用例を説明する。

（洗濯機４への適用）
図１２は、本実施形態に係る洗濯機４を示す図である。図１２に示すように、洗濯機４には、その本体に、複数の消音ユニット１０および１つの制御部２０で構成されるアクティブ消音装置１００が装着されている。消音ユニット１０は、洗濯機４の本体の周囲を囲むように、５個以上１０個以下が配置されている。

消音ユニット１０において、マイク１１とスピーカ１２との間の距離ａは、５ｃｍ＜＝ａ＜＝２０ｃｍであってよい。また、消音ユニット１０の厚さｂ、すなわち、スピーカ１２と装置との間の距離は、１０ｃｍ＜＝ｂ＜＝２０ｃｍであってよい。消音ユニット１０の縦横方向の幅は、洗濯機４に取り付けられた消音ユニット１０の個数、および、洗濯機４のサイズによって異なってよい。

図１２に示すように、洗濯機４の騒音源は、洗濯機４が備えたモータ３０および排水経路である。洗濯機４に取り付けられた消音ユニット１０のマイク１１が検出する騒音には、（ｉ）モータ３０が駆動する音、（ｉｉ）排水経路内を水が流れる音、および（ｉｉｉ）各消音ユニット１０が動作する音が含まれる。

（洗濯機４への適用例における騒音抑制処理）
図１３は、図３の「騒音源を含んだ装置」が図１２の洗濯機４である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。ここで、図１３中、破線で示す各ブロック内には、そのブロックが図２に示すＳ１〜Ｓ４のうちどのブロック（ステップ）に対応するかを示している。

図１３に示すように、洗濯機４への適用例における騒音抑制処理では、複数の消音ユニット１０の複数のマイク１１（図１３では、第１マイク、第２マイク、第３マイク）は、それぞれ、上述した３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）を含んだ元の騒音を検出する（Ｓ１）。

複数のマイク１１によってそれぞれ検出された元の騒音は、騒音波分離部２２のフィルタリング処理によって、３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）に分離される（Ｓ２）。

逆位相波生成部２３のマッチング処理によって、３種類の騒音波の波形データが、重み付されて足し合されることによって、元の騒音とは逆の位相を有する逆位相信号が生成される（Ｓ３）。ここで、少なくとも１種類の騒音波の重み係数が１より大きくなる場合、騒音抑制処理は停止してもよい。

生成された逆位相信号は、各消音ユニット１０のスピーカ１２（図１３では、第１スピーカ、第２スピーカ、第３スピーカ）から出力される（Ｓ４）。

（洗濯機４への適用例における本発明の効果）
図１４は、アクティブ消音装置１００を装着したある洗濯機４が発生する騒音、および、アクティブ消音装置１００によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。図１４中、破線は、洗濯機４が発生する元の騒音の周波数特性を示し、実線は、アクティブ消音装置１００が発生する逆位相信号によって抑制された騒音の周波数特性を示す。

図１４に示すように、アクティブ消音装置１００によって、洗濯機４が発生する元の騒音は、特に低周波領域（２００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下）において抑制されている。そのため、洗濯機４が発生する騒音の音量を４５ｄＢ（環境省が定めた住宅地における深夜の生活騒音の基準値）以下に抑制することができる。本発明は、特に、低周波領域において大きい音量の騒音を発生する洗濯機４に適用された場合、大きな効果を得ることができる。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図１５〜図１７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では、アクティブ消音装置１００（図１参照）の室外機への適用例を説明する。

（室外機５への適用）
図１５は、本実施形態に係る室外機５を示す図である。図示しないが、室外機５は、空気が通るパイプを介して、エアコンと接続される。図１５に示すように、室外機５には、その本体に、複数の消音ユニット１０および１つの制御部２０で構成されるアクティブ消音装置１００が装着されている。消音ユニット１０は、室外機５の本体の周囲を囲むように、５個以上１０個以下が配置されている。

消音ユニット１０において、マイク１１とスピーカ１２との間の距離ａは、５ｃｍ＜＝ａ＜＝２０ｃｍであってよい。また、消音ユニット１０の厚さｂ、すなわち、スピーカ１２と装置との間の距離は、１０ｃｍ＜＝ｂ＜＝２０ｃｍであってよい。消音ユニット１０の縦横方向の幅は、室外機５に取り付けられた消音ユニット１０の個数、および、洗濯機４のサイズによって異なってよい。

図１５に示すように、室外機５の騒音源は、室外機５が備えたモータ３０および排水経路である。室外機５に取り付けられた消音ユニット１０のマイク１１が検出する騒音には、（ｉ）モータ３０が駆動する音、（ｉｉ）室外機５のファンが回転する音、および（ｉｉｉ）各消音ユニット１０が動作する音が含まれる。

（室外機５への適用例における騒音抑制処理）
図１６は、図３の「騒音源を含んだ装置」が図１５の室外機５である場合における騒音抑制処理の流れを示すフローチャートである。ここで、図１６中、破線で示す各ブロック内には、そのブロックが図２に示すＳ１〜Ｓ４のうちどのブロック（ステップ）に対応するかを示している。

図１６に示すように、室外機５への適用例における騒音抑制処理では、複数の消音ユニット１０の複数のマイク１１（図１６では、第１マイク、第２マイク、第３マイク）は、それぞれ、上述した３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）を含んだ元の騒音を検出する（Ｓ１）。

複数のマイク１１によってそれぞれ検出された元の騒音は、騒音波分離部２２のフィルタリング処理によって、３種類の騒音波（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）に分離される（Ｓ２）。

逆位相波生成部２３のマッチング処理によって、３種類の騒音波の波形データが、重み付されて足し合されることによって、元の騒音とは逆の位相を有する逆位相信号が生成される（Ｓ３）。ここで、少なくとも１種類の騒音波の重み係数が１より大きくなる場合、騒音抑制処理は停止してもよい。

生成された逆位相信号は、各消音ユニット１０のスピーカ１２（図１６では、第１スピーカ、第２スピーカ、第３スピーカ）から出力される（Ｓ４）。

（洗濯機４への適用例における本発明の効果）
図１７は、アクティブ消音装置１００を装着したある室外機５が発生する騒音、および、アクティブ消音装置１００によって抑制された騒音の各周波数特性の一例を示す図である。図１７中、破線は、室外機５が発生する元の騒音の周波数特性を示し、実線は、アクティブ消音装置１００が発生する逆位相信号によって抑制された騒音の周波数特性を示す。

図１７に示すように、アクティブ消音装置１００によって、室外機５が発生する元の騒音は、特に低周波領域（２００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下）において抑制されている。そのため、室外機５が発生する騒音の音量を４５ｄＢ（環境省が定めた住宅地における深夜の生活騒音の基準値）以下に抑制することができる。本発明は、特に、低周波領域において大きい音量の騒音を発生する室外機５に適用された場合、大きな効果を得ることができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
アクティブ消音装置１００の制御部２０は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、アクティブ消音装置１００は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る騒音抑制装置は、複数のマイクロフォンが検出した互いに異なる騒音信号から、互いに異なる周波数成分である複数の騒音波を抽出する騒音波抽出部と、前記騒音波抽出部が抽出した前記複数の騒音波とは逆位相を有する複数の逆位相波を生成する逆位相波生成部と、前記逆位相波生成部が生成した前記複数の逆位相波を用いて、前記騒音信号と重なり合った場合に前記騒音信号を弱めるように働く逆位相信号を出力する逆位相信号出力部と、を含む。

上記の構成によれば、複数の騒音波を含んだ騒音信号が、複数のマイクロフォンによって検出される。そして、複数のマイクロフォンによって検出された騒音信号の各々から、互いに異なる複数の騒音波が抽出される。そして、抽出された複数の騒音波の逆位相波を用いて、騒音信号の逆位相信号が生成される。そのため、１つのマイクロフォンによって検出された騒音信号から、逆位相信号が生成される構成と比較して、逆位相信号を生成するための信号処理の負荷を低減することができる。また、生成された逆位相信号は、出力されて、騒音信号に重なり合うことによって、騒音信号を抑制または消音することができる。

本発明の態様２に係る騒音抑制装置は、上記態様１において、前記逆位相信号出力部が前記逆位相信号を出力するための、前記マイクロフォンと同数のスピーカをさらに備えており、当該騒音抑制装置において、１つの前記マイクロフォンおよび１つの前記スピーカの組が、それぞれ、消音ユニットを構成しており、前記消音ユニットにおいて、前記マイクロフォンおよび前記スピーカは、対向する面にそれぞれ配置されており、前記マイクロフォンと前記スピーカとの距離が、５ｃｍ以上１０ｃｍ以下であり、前記消音ユニットが騒音源を含んだ装置に取り付けられた場合、前記マイクロフォンが配置された面が前記装置と接触し、前記スピーカから前記装置までの距離が、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下であってもよい。

上記の構成によれば、スピーカから出力される逆位相信号によって、騒音を効果的に抑制することができる。

本発明の態様３に係る騒音抑制装置は、上記態様１または２において、前記逆位相信号出力部は、複数の前記騒音波を重み付けして合成したものから、前記逆位相信号を生成してもよい。

上記の構成によれば、複数の騒音波を適切に重み付けして合成することによって、複数の騒音波が含まれる騒音信号を打ち消すための逆位相信号を生成することができる。

本発明の態様４に係る騒音抑制装置は、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記逆位相波生成部が生成する前記逆位相波は、任意の騒音源が発生する騒音波の逆位相波に加えて、当該騒音抑制装置が発生する騒音波の逆位相波を含んでもよい。

上記の構成によれば、逆位相波によって、騒音源が発生する騒音だけでなく、騒音抑制装置が発生する騒音も抑制することができる。

本発明の態様５に係る騒音抑制装置は、上記態様３において、前記逆位相信号出力部が前記逆位相信号を生成する際に、少なくとも一つの前記騒音波に対する重み係数が１よりも大きくなる場合、当該騒音抑制装置は動作を停止してもよい。

上記の構成によれば、逆位相波中に騒音よりも振幅（音量）の大きい騒音波が含まれており、逆位相波が正常に生成されていない可能性がある場合に、騒音抑制装置の動作を停止させることができる。

本発明の各態様に係る騒音抑制装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記騒音抑制装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記騒音抑制装置をコンピュータにて実現させる騒音抑制装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、騒音抑制装置に利用することができる。

１０ 消音ユニット
１１ マイクロフォン
１２ スピーカ
２０ 制御部
２２ 騒音波分離部（騒音波抽出部）
２３ 逆位相波生成部（逆位相信号出力部）
１００ アクティブ消音装置（騒音抑制装置）

Claims (5)

1. 複数のマイクロフォンが検出した互いに異なる騒音信号から、互いに異なる周波数成分である複数の騒音波を抽出する騒音波抽出部と、
   前記騒音波抽出部が抽出した前記複数の騒音波とは逆位相を有する複数の逆位相波を生成する逆位相波生成部と、
   前記逆位相波生成部が生成した前記複数の逆位相波を用いて、前記騒音信号と重なり合った場合に前記騒音信号を弱めるように働く逆位相信号を出力する逆位相信号出力部と、を含むことを特徴とする騒音抑制装置。
2. 前記逆位相信号出力部が前記逆位相信号を出力するための、前記マイクロフォンと同数のスピーカをさらに備えており、
   当該騒音抑制装置において、１つの前記マイクロフォンおよび１つの前記スピーカの組が、それぞれ、消音ユニットを構成しており、
   前記消音ユニットにおいて、前記マイクロフォンおよび前記スピーカは、対向する面にそれぞれ配置されており、前記マイクロフォンと前記スピーカとの距離が、５ｃｍ以上１０ｃｍ以下であり、
   前記消音ユニットが騒音源を含んだ装置に取り付けられた場合、前記マイクロフォンが配置された面が前記装置と接触し、前記スピーカから前記装置までの距離が、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の騒音抑制装置。
3. 前記逆位相信号出力部は、複数の前記騒音波を重み付けして合成したものから、前記逆位相信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の騒音抑制装置。
4. 前記逆位相波生成部が生成する前記逆位相波は、任意の騒音源が発生する騒音波の逆位相波に加えて、当該騒音抑制装置が発生する騒音波の逆位相波を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の騒音抑制装置。
5. 前記逆位相信号出力部が前記逆位相信号を生成する際に、少なくとも一つの前記騒音波に対する重み係数が１よりも大きくなる場合、当該騒音抑制装置は動作を停止することを特徴とする請求項３に記載の騒音抑制装置。

Images