JP3004031B2

JP3004031B2 - 能動消音装置

Info

Publication number: JP3004031B2
Application number: JP2142015A
Authority: JP
Inventors: 進猿田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH0434599A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば冷蔵庫その他の機器から発生する
騒音をこれと逆位相・同振幅の打ち消し音を用いて消音
する能動消音装置に係り、特に消音制御系の各要素の異
常による異常音の発生を防止する機能を備えた能動消音
装置に関する。

（従来の技術）開口部を有する機械室の中に設置された音源から発す
る騒音を打ち消す消音制御の一つして、能動制御があ
る。これは対象とする音源からの発生音と逆位相・同振
幅の音を作り出し、これを打消し音として音源からの発
生音と重ね合わせることにより消音する技術である。打
消し音は、例えば音源からの発生音を検出するセンサの
出力信号をディジタル信号に変化してからディジタルフ
ィルタに入力し、そのフィルタ出力をアナログ信号に戻
してスピーカを駆動することによって生成される。この
方法によれば、音源からの発生音と打ち消し音とを重ね
合わせた点（消音点）より先へは音が進行せず、消音点
が音の壁となって機械室の中に音が閉じ込められる。

また、この能動制御をさらに発展させて、消音効果を
経時変化や対象音の変化に適応させるために、消音点で
の消音度合（消音量）をセンサで検出し、それを打消し
音発生用スピーカの駆動信号を生成するフィルタにフィ
ードバックして、消音効果が最大となるように制御する
適応型能動制御も考えられている。

第３図は適応型能動消音装置の基本構成を示す図であ
り、機械室１内の音源２から機械室カバー３の開口部４
を通して外部に漏れる騒音を消音する装置である。機械
室１の中には音源２からの発生音を検出する音源検出セ
ンサ５が設けられ、また消音点（通常は開口部４）に位
置して消音量モニタセンサ６が設けられている。さら
に、開口部４の近傍に位置して打消し音発生用のスピー
カ７が設けられている。音源検出センサ５からの出力信
号は、適応型フィルタ８に入力される。適応型フィルタ
８は、消音量モニタセンサ６が置かれている消音点で音
源２からの発生音である騒音と逆位相・同振幅の打消し
音がスピーカ７から発生されるようなスピーカ駆動信号
を生成して、スピーカ７に供給する。

こうしてスピーカ７から発生された打消し音は消音点
で騒音と重ね合わせられ、騒音を打ち消す。すなわち、
消音点では打消し音が重ね合わせられることにより音圧
が零となるため、騒音は機械室１内に閉じ込められ、消
音点より外部へは伝わらないのである。

この消音動作を確実にするために、消音点に消音量モ
ニタセンサ６を置き、ここでの打消し音と騒音との重ね
合わせによる消音度合、つまり音圧を検出する。そし
て、この検出結果を適応型フィルタ８にフィードバック
して、消音量モニタセンサ６からの出力信号が零となる
ようにフィルタ８の特性を自動制御する。

しかしながら、このような適応型の能動消音装置では
消音制御系の要素に異常が生じた場合、その影響により
スピーカ７から異常音が発生されることがある。

例えば音源検出センサ５の出力が取付け異常による
「びびり」やシールドの劣化等によるノイズの影響によ
り歪んだ場合には、音源検出センサ５は音源２の音を正
しく検出できない事になり、その出力には音源２の音と
相関のない歪み成分が多く含まれてくる。このような音
源検出センサ５の出力を適応型フィルタ８でフィルタリ
ングしてスピーカ７を駆動すると、適切な打消し音が得
られず、スピーカ７から異常音が発生してしまう。音源
検出センサ５の出力が正常でない（音源２の音と相関が
ない）と適応制御系が収束せず、適応型フィルタ８がオ
ーバーフロー等の発散状態になってしまうこともある。
このような場合、消音装置は逆に騒音増大装置となって
しまうことが起こり得る。

また、消音量モニタセンサ６に異常が生じた場合は、
適応型フィルタ８へのフィードバック信号が正しく得ら
れないので、同様にフィルタ８が発散して異常音を発生
するおそれがある。さらに、スピーカ７に異常が生じた
場合にも異常音が発生されることがある。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の能動消音装置では音源検出セ
ンサ、消音量モニタセンサあるいはスピーカなど、消音
制御系の要素に異常が生じると、異常音が発生してしま
うという問題があった。

本発明は、消音制御系の要素に異常が生じても異常音
を発生しない能動消音装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、音源の発生音を検出する音源検出手段の出
力信号に基づいて音源の発生音を所定位置で打消すため
の打消し音を発生するとともに、所定位置での消音量を
検出する消音量検出手段の出力信号に応じて打消し音発
生手段を制御するようにした能動消音装置において、音
源検出手段および消音量検出手段の出力信号ならびに打
消し音発生手段の駆動信号の少なくとも一つを監視して
正常・異常を判定し、異常と判定した場合には打消し音
発生動作を停止制御する監視制御手段を設けたことを特
徴とする。

この監視制御手段における音源検出手段の正常・異常
の判定は、音源検出手段の出力信号と予め記憶した正常
時の出力信号とを比較することにより行う。具体的には
例えば音源が運転時に騒音を発する電気機器などの場
合、その機器の予め分かっている正常時の運転音ないし
は運転パターンに対応した出力信号を音源検出手段の実
際の出力信号と比較し、一致ないしは許容範囲内で一致
しているかどうかにより正常・異常を判定する。

また、監視制御手段においては音源検出手段が正常で
あると判定したとき、音源検出手段の出力信号と消音量
検出手段の出力信号とを比較することにより、消音量検
出手段の正常・異常を判定する。具体的には音源検出手
段の出力の有無または信号レベルのパターンと、消音量
検出手段の出力の有無または信号レベルのパターンとを
比較する。この比較による判定が難しい場合は、能動消
音制御系が線形であることを利用して、音源検出手段の
出力信号と消音量検出手段の出力信号との相関を調べる
ことで、正常・異常の判定を行う。

さらに、監視制御手段においては音源検出手段および
消音量検出手段のいずれも正常であると判定したとき、
打消し音発生手段の駆動信号と消音量検出手段の出力信
号とを比較することにより、打消し音発生手段の正常・
異常を判定する。具体的には打消し音発生手段の駆動信
号の有無と消音量検出手段の出力信号の有無との関係
や、相関の有無によって正常・異常の判定を行う。

（作用）このように本発明では、音源検出手段、消音量検出手
段および打消し音発生手段の少なくとも一つの正常・異
常を判定し、異常の場合には打消し音発生動作を停止さ
せることによって、異常音の発生が防止される。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第
１図は本発明を冷蔵庫におけるコンプレッサ音を消音す
るための能動消音装置に適用した実施例を示す図であ
る。

第１図に示すように、冷蔵庫10の背側下部に設けられ
た機械室11内に冷媒圧縮用のロータリ型コンプレッサ12
が格納されている。機械室11には、開口部14を有する機
械室カバー13が被されている。機械室11内には更に、コ
ンプレッサ12の発熱を利用して庫内で生じた水滴を蒸発
させて逃がす蒸発皿等（図示せず）が格納されている。
この際に蒸発した水分は、開口部14から外部へ放出され
る。コンプレッサ12は運転時にうなり等の低周波の騒音
を出す。このような構造の冷蔵庫では、このコンプレッ
サ12の騒音が開口部14から外部に漏れてしまう。そこ
で、本実施例では以下に説明する能動消音装置を設けて
いる。

コンプレッサ12には、音源検出センサ15が取付けられ
ている。コンプレッサ12の発する音と振動は相関がある
ため、音源検出センサ15としては例えば圧電素子等によ
る振動ピックアップを用いればよい。また、消音点であ
る開口部14に位置して消音量モニタセンサ16が設けられ
ている。消音量モニタセンサ16は消音点での消音量を検
出するものであり、マイクロフォン（音響−電気変換
器）が使用される。そして、開口部14の近傍に位置して
打消し音発生用のスピーカ（電気−音響変換器）17が設
けられている。音源検出センサ15および消音量モニタセ
ンサ16からの出力信号はアンプ18,19でそれぞれ増幅さ
れ、適応型フィルタ20に入力される。

適応型フィルタ20はディジタルフィルタを主体として
構成され、さらにディジタルフィルタの入力側にA/D変
換器、出力側にD/A変換器がそれぞれ配置される。この
適応型フィルタ20は音源検出センサ15からアンプ18を介
して入力される信号をフィルタリングして、消音量モニ
タセンサ16が置かれてる消音点でコンプレッサ12からの
発生音（騒音）と逆位相・同振幅の打消し音がスピーカ
17から発生されるようなスピーカ駆動信号を生成する。
このスピーカ駆動信号はアンプ21によって増幅され、ス
ピーカ17に供給される。この場合、消音量モニタセンサ
16の出力信号がアンプ19を介して適応型フィルタ20にフ
ィードバックされ、これが最小（零）となるようにフィ
ルタ20の特性（フィルタ係数）が自動制御されることに
よって、適応制御が行われる。

このような適応制御を用いた能動消音装置では、前述
したように音源検出センサ15、消音量モニタセンサ16お
よびスピーカ17などに異常が生じた場合、その影響によ
りスピーカ17から異常音が発生されることがある。これ
を防止するため、本実施例では監視制御部22およびスイ
ッチ23を設け、これらの異常が発生した場合にはスピー
カ17からの打ち消し音発生動作を停止させるようにして
いる。監視制御部22は例えばCPUを用いて構成され、音
源検出センサ15および消音量モニタセンサ16からの出力
信号（アンプ18,19の出力信号）と、スピーカ駆動信号
（適応型フィルタ20の出力信号）から正常・異常の判定
を行い、スイッチ23を制御する。スイッチ23は適応型フ
ィルタ20とアンプ21との間に挿入され、監視制御部22か
らの信号によりスピーカ駆動信号のON/OFFを行う。

次に、本実施例の動作を説明する。第２図は監視制御
部22の基本的な処理の流れを示すフローチャートであ
る。すなわち、監視制御部22ではまず音源検出センサ15
の正常・異常を判定し（ステップS1）、ステップS1で正
常と判定したら次に消音量モニタセンサ16の正常・異常
を判定し（ステップS2）、さらにステップS2でも正常と
判定したら次にスピーカ17の正常・異常を判定する（ス
テップS3）。ステップS3でも正常と判定した場合には、
ステップS1に戻り、同様の動作を繰り返す。一方、ステ
ップS1〜S3のいずれかにおいて異常と判定した場合は、
スイッチ23をOFF状態としてスピーカ駆動信号をOFFにす
る（ステップS4）。

以下、各ステップS1〜S3の判定動作をさらに詳しく説
明する。

＜ステップS1＞冷蔵庫のコンプレッサは、一般にON/OFFの間欠運転制
御により庫内温度を設定温度に保つように制御される。
このコンプレッサのON/OFFの典型的な運転パターン（周
期）は、例えば次表１に示される。

このようにコンプレッサ12は長くとも２〜３時間に１
回はON/OFF制御が行われるので、音源検出センサ15も２
〜３時間に１回程度の割合でコンプレッサ12の音（振
動）を検出することになる。従って、例えば音源検出セ
ンサ15から検出信号が長時間連続して（例えば冬季で30
分以上、夏期で10分以上）出力される場合は、センサ15
からの信号線のシールド不良や接続不良によりノイズ
（主としてハムノイズ）が乗っていることが考えられ、
逆に全く検出信号が出力されない場合は断線等が考えら
れる。また、ON/OFFが例えば数秒間というような短時間
で繰り返されることも、コンプレッサ12の運転パターン
としては考えられない。何故なら冷蔵庫の場合、コンプ
レッサ12は一度止めると１分以上待ってからONにしない
と、吸込み側と吐出側の圧力差が大いいうちはメカニズ
ムがロック状態となってONにならない場合があるからで
ある。

このように音源検出センサ15の出力信号のON/OFFの間
隔をモニタすることにより、音源検出センサ15が正常が
異常かを判定することができる。音源検出センサ15が異
常の場合は、前述のようにスピーカ駆動信号をOFFにす
る。

＜ステップS2＞ステップS1で音源検出センサ15が正常であると判定さ
れると、音源であるコンプレッサ12の運転パターンが正
確に監視制御部22で把握できるので、次表２に示す判定
基準により消音量モニタセンサ16の正常・異常を判定す
る。

パターンＡの場合、本来であれば消音量モニタセンサ
16からは検出信号が出力されない筈であるが、外部から
の音がセンサ16に入ると検出信号が出力されてしまう。
しかしながら、一般的な冷蔵庫の使用環境では、少なく
とも夜間は静かになる場合があるので、消音量モニタセ
ンサ16の出力信号がOFFになる期間が必ず存在する。ま
た、逆に消音量モニタセンサ16の出力信号がONの場合は
「外部の騒音レベルが高い」ということなので、コンプ
レッサ12のON時に消音動作をしなくともマスキング効果
（小さな音が大きな音に隠れて聞こえにくくなる現象）
により、コンプレッサ12の音はうるさく感じないと考え
られる。

これらのことから、パターンＡにおいて消音量モニタ
センサ16の出力信号がONのままの時、パターンＣにおい
てセンサ16の出力信号がOFFになることがある時、パタ
ーンＤにおいてセンサ16の出力信号が下がらない（消音
効果を検出できない）時は、いずれも消音量モニタセン
サ16の異常と判断し、スピーカ駆動信号をOFFにする。
なお、外部音が連続的に消音量モニタセンサ16に入るこ
とにより、誤ってセンサ16が異常であると判断してスピ
ーカ駆動信号をOFFにしたとしても、このような場合は
外部の騒音レベルが高いわけであるからもともと消音動
作をする必要がないので差支えなく、むしろ適応制御が
外部音で狂う心配がないという利点がある。

＜ステップS3＞ステップS1,S2により音源検出センサ15、消音量モニ
タセンサ16がいずれも正常と判定されたならば、次のよ
うにしてスピーカ17の正常・異常を判定する。すなわ
ち、センサ15,16の出力信号から、外部音がなく正常に
消音動作をしている時、表２のパターンＤに従い消音量
モニタセンサ16の出力レベルが下がるかどうかを調べた
り、また差支えない範囲でスピーカ駆動信号のレベルを
上下させ、センサ16の出力レベルが変化するかどうかを
調べたり、あるいは表２のパターンＢでセンサ16の出力
がOFFになっていないかどうかを調べる。これらの３種
類の方法を併用してもよい。この結果、スピーカ17の異
常が判定された場合は、スピーカ駆動信号をOFFにす
る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば特に適応型の能
動消音装置において、消音制御系の要素である各種セン
サやスピーカなどに異常が生じたときの異常音の発生を
防止することが可能であり、装置の信頼性を著しく高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る能動消音装置の構成を
示す図、第２図は第１図における監視制御部の処理の流
れを説明するための図、第３図は適応型能動消音装置の
基本構成を示す図である。 12……コンプレッサ（音源） 15……音源検出センサ（音源検出手段） 16……消音量モニタセンサ（消音量検出手段） 17……スピーカ（打ち消し音発生手段） 20……適応型フィルタ（スピーカ駆動信号生成手段） 22……監視制御部 23……スピーカ駆動信号オン／オフスイッチ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10K 11/16 F25D 11/00 G05B 13/02 F01N 1/00 F16F 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】音源の発生音を検出する音源検出手段と、前記音源の発生音を所定位置で打消すための打消し音を
発生する打消し音発生手段と、前記所定位置での消音量を検出する消音量検出手段と、前記音源検出手段の出力信号を入力として前記打ち消し
音発生手段を駆動する駆動信号を生成し、前記消音量検
出手段の出力信号に応じて適応制御される駆動信号生成
手段と、前記音源検出手段および消音量検出手段の出力信号なら
びに打消し音発生手段の駆動信号の少なくとも一つを監
視して正常・異常を判定し、異常判定時に前記打消し音
発生手段の打消し音発生動作を停止制御する監視制御手
段とを具備することを特徴とする能動消音装置。
【請求項２】前記監視制御手段は、前記音源検出手段の
出力信号と予め記憶した正常時の出力信号とを比較する
ことにより、音源検出手段の正常・異常を判定すること
を特徴とする請求項１記載の能動消音装置。
【請求項３】前記監視制御手段は、前記音源検出手段が
正常であると判定したとき、この音源検出手段の出力信
号と前記消音量検出手段の出力信号とを比較することに
より、消音量検出手段の正常・異常を判定することを特
徴とする請求項１または２記載の能動消音装置。
【請求項４】前記監視制御手段は、前記音源検出手段お
よび消音量検出手段が正常であると判定したとき、前記
打消し音発生手段の駆動信号と前記消音量検出手段の出
力信号とを比較することにより、打消し音発生手段の正
常・異常を判定することを特徴とする請求項１、２また
は３記載の能動消音装置。