JP2017009835A - 騒音抑制装置 - Google Patents
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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
【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。
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〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015125819A JP2017009835A (ja) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | 騒音抑制装置 |
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Cited By (2)
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CN111210798A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-29 | 珠海格力电器股份有限公司 | 降噪组件、洗衣机、降噪算法的确定方法和确定装置 |
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-
2015
- 2015-06-23 JP JP2015125819A patent/JP2017009835A/ja active Pending
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