JPH08123433A - アクティブ消音装置 - Google Patents

アクティブ消音装置

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JPH08123433A
JPH08123433A JP6256915A JP25691594A JPH08123433A JP H08123433 A JPH08123433 A JP H08123433A JP 6256915 A JP6256915 A JP 6256915A JP 25691594 A JP25691594 A JP 25691594A JP H08123433 A JPH08123433 A JP H08123433A
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JP
Japan
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sound
speaker
sensor
noise
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP6256915A
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English (en)
Inventor
Hideo Suzuki
英男 鈴木
Taro Shimosato
太郎 下郷
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Ono Sokki Co Ltd
Original Assignee
Ono Sokki Co Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】携帯に便利で、しかも消音効果に優れたアクテ
ィブ消音装置を提供する。 【構成】騒音源30で発生した騒音を相殺する2次音を
発生するスピーカ41と、このスピーカ41の振動面4
1a近傍に配置された音センサ42と、音センサ42の
音信号を積分する積分器45と、この積分器45により
積分された音信号を増幅してスピーカ41に入力する増
幅器46とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1次音源で発生した1
次音を表す音信号に基づいて、この1次音を相殺する2
次音を発生するアクティブ消音装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、冷蔵庫や空調ダクト等の騒音源で
発生した騒音を消すために、アクティブ消音装置が使用
されている(日経メカニカル 1992.2.3参
照)。図5を参照して、従来のアクティブ消音装置の一
例を説明する。図5は、空調ダクトの騒音を消すために
用いられるアクティブ消音装置を示す概略構成図であ
る。
【0003】このアクティブ消音装置は、騒音を測定す
る音センサ12と、消し残された騒音を測定するエラー
マイク14と、これら音センサ12,14の音信号が入
力され、騒音を消すための2次音を表す音信号が生成さ
れるコントローラ20と、この2次音を発生するスピー
カ16で構成されている。図示しない騒音源で発生され
た騒音は、空調ダクト10の内部を矢印Aで示される方
向に伝播し、音センサ12で測定される。この測定され
た騒音がさらにスピーカ16の位置まで進む間に、音セ
ンサ12で測定された音信号は、コントローラ20に内
蔵されたマイクアンプ21、A/D変換器22、及び加
算器23を経由してADF(アダプティブ・デジタル・
フィルタ)24に入力され、このADF24では、入力
された音信号に基づいて、この入力された音信号が表す
音の音圧の位相を反転した音圧を有する2次音を表す音
信号が生成される。
【0004】ここで、音センサ12で測定された騒音
は、音センサ12からスピーカ16まで進む間に、音場
の持つ伝達特性により変化する。このため、音センサ1
2で測定された騒音の音圧の位相をそのまま反転させた
2次音をスピーカ16から発生しても騒音は完全には消
えず一部が残る。騒音を完全に消すためには、スピーカ
16から発せられる2次音は、スピーカ16が備えられ
た位置、即ち騒音と2次音とを重ね合わせる位置におけ
る、騒音の音圧の位相を反転した音圧を有する2次音で
あることが必要である。また、音場の持つ伝達特性は、
音場の温度・湿度や流速などの変化に合わせて刻々と変
化し、空調ダクトの老朽化によっても変化する。このた
め、コントローラ20には、ADF24のフィルタ係数
を伝達特性に応じて調整するためのフィルタ係数調整器
25が備えられている。このフィルタ係数調整器25
に、エラーマイク14の音信号が、マイクアンプ26、
A/D変換器27を経由して入力され、この音信号に基
づいて、フィルタ係数調整器25では、消し残された音
が小さくなるように常にADF24のフィルタ係数が調
整される。
【0005】また、音センサ12の入力信号が、コント
ローラ20を経由しスピーカ16から出力され、再び、
音センサ12に入力されて増幅されスピーカ16から出
力されるという「ハウリング現象」が発生することがあ
る。この「ハウリング現象」を防止するために、コント
ローラ20には、ディジタルフィルタ28が備えられて
いる。このディジタルフィルタ28では、音センサ12
とスピーカ16の間の音場の伝達特性が電気的に作り出
される。このディジタルフィルタ28には、スピーカー
16に送られる音信号が分岐して入力され、上記伝達特
性を加味した音信号が生成され、加算器23に出力され
る。この加算器23では、音センサ12の音信号からデ
ィジタルフィルタ28で形成された信号が減算される。
これにより、「ハウリング現象」が防止される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来のア
クティブ消音装置は、スピーカ16から発生した2次音
がセンサマイク12にできるだけ入力されないように構
成する必要があり、このためスピーカ16と音センサ1
2は互いに離れた位置に配置される。したがって従来の
アクティブ消音装置は固定型の設備に限定され、携帯性
がないという問題がある。即ち、従来のアクティブ消音
装置では、携帯に便利なように音センサ12とスピーカ
16を例えば1つの筐体に収納し得るほど接近させる
と、騒音と同程度の極めて大きな2次音が騒音と共に音
センサ12に入力されるため、2次音をキャンセルして
騒音のみの信号を抽出することが極めて困難になり、消
音効果が大幅に低下することになる。
【0007】本発明は上記事情に鑑み、携帯に便利で、
しかも消音効果に優れたアクティブ消音装置を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のアクティブ消音装置は、1次音源で発生した
1次音を検出して音信号を得、該音信号に基づいて該1
次音を相殺する2次音を発生するアクティブ消音装置に
おいて、前記2次音を発生するスピーカと、該スピーカ
の振動面近傍に配置された音センサと、該音センサで検
出された音信号を積分する積分手段とを備え、この積分
手段により積分された音信号に基づく2次音を上記スピ
ーカから発生させることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】本発明のアクティブ消音装置の音センサには、
一般には一次音源で発生した1次音とスピーカから発生
された2次音が入力される。しかしながら音センサはス
ピーカの近傍に配置されているため、この音センサには
スピーカの振動面の一方の面から放射された音ともう一
方の面から放射された音との双方が入力され、これらの
音は互いに逆位相で音センサに加わる。この結果、音セ
ンサからは1次音を表す音信号だけが出力され、ハウリ
ングの問題が解決される。積分手段では、音センサで得
られた音信号を積分し、この積分された音信号に基づく
2次音がスピーカから発生されて1次音と重なり合うこ
とにより、1次音と2次音が互いに相殺される。
【0010】ここで、積分演算が必要である理由を述べ
る。通常の音源はモノポール音源とみなすことのできる
ものが多い。例えば人の話し声などはこの例である。ま
たモノポール音源の場合でも音源から十分離れた位置で
は音の性質としては平面波に近づく。モノポール音源の
場合は音圧は次式で与えられる(例えば、城戸健一著、
「音響工学」コロナ社参照)。
【0011】 P=[(jωρQ)/(4πr)]e-jkr …(1) ここで、Pは音圧、ωは角周波数、ρは空気密度、Qは
体積速度、kは波数、rは音源から受音点までの距離で
ある。またjは虚数単位を表わす。一方、スピーカを箱
に入れずに使用した場合には、上述したように、振動板
の両面で互いに逆位相の音が発生するので、ダイポール
音源とみなすことができる。ダイポール音源による音場
は、2つの逆位相のモノポール音源が音の波長に対して
はるかに小さな距離(d)で存在する場合の音場であ
り、そのときの音圧は次式で与えられる(同上文献参
照)。
【0012】
【数1】
【0013】これを書き直すと、
【0014】
【数2】
【0015】ここで、cは音速、θはダイポールの軸
(2つの逆位相のモノポール音源を結ぶ直線)と観測点
とのなす角度である。さらに、kr>>1でしかもθ=
0の条件が満たされる場合には、上式は次式のように表
わされる。
【0016】
【数3】
【0017】(1)と(2)式との相違点は、[(d/
c)(jω)]である。jωは微分を表わすものであ
り、また(d/c)は音圧の大きさの違いを表わしてい
る。要するにモノポールとダイポールによる音場の違い
は、大きさとともに、前者に対して後者が微分されてい
る点である。即ち、ダイポール音源の場合、モノポール
音源の場合と同じ音場を実現するには音センサの信号を
単純に増幅することに加え、積分することが必要であ
る。
【0018】本発明のアクティブ消音装置は、音センサ
から出力された音信号を積分し、この積分された音信号
に基づく2次音を発生させるものであるため、音センサ
をスピーカに近接して配置させ携帯に便利な構成にして
も優れた消音効果を発揮する。
【0019】
【実施例】以下、本発明のアクティブ消音装置の実施例
を説明する。図1は、本発明のアクティブ消音装置の一
実施例を示す概略構成図である。アクティブ消音装置4
0には、騒音源30で発生した騒音を相殺する2次音を
発生するスピーカ41と、このスピーカ41の振動面4
1aの広がりの延長上に配置された音センサ42と、音
センサ42の音信号を積分する積分器45と、この積分
器45により積分された音信号を増幅する増幅器46が
備えられている。
【0020】アクティブ消音装置40の、騒音を打ち消
す作用について説明する。音センサ42には、一般に
は、騒音源30から出た騒音とスピーカ41から発生さ
れた2次音が入力されるが、音センサ42はスピーカの
振動面の広がりの延長上の位置に配置されているため、
音センサ42にはスピーカ41から発せられた2次音は
入力されない。したがって、2次音は積分器45には入
力されず積分処理の対象にならない。一方、音センサ4
2に入力した騒音を表す音信号は積分器45で積分され
て増幅器46に入力される。増幅器46では積分器45
で積分された音信号が騒音を相殺する大きさまで増幅さ
れる。この増幅された信号がスピーカ41に入力され、
スピーカ41から2次音が発生することにより、騒音と
2次音が重なり合い騒音が相殺される。
【0021】ここで、増幅器46は、積分値45で積分
された音信号を所定の増幅率で単純に増幅するものであ
ってもよいが、スピーカ41の周波数特性や受音位置等
に応じて、外部から、音信号の増幅率の調整だけでな
く、周波数伝達特性や位相特性を調整できるものである
ことが好ましい。このように、上記実施例のアクティブ
消音装置40では、スピーカ41から発生した2次音は
音センサ42には入力されず、騒音のみが入力されるた
め、スピーカ41と音センサ42を近接して配置するこ
とができる。また、音センサの出力を積分してスピーカ
に入力するようにしたため、優れた消音効果を有する。
これらにより、携帯に便利で消音効果の優れたポータブ
ルタイプのアクティブ消音装置を構成できる。
【0022】図2は、本発明のアクティブ消音装置の他
の実施例を示す概略構成図である。図1に示す実施例に
おける各構成要素を対応する構成要素には、図1に付し
た番号と同一の番号付して示し、相違点のみについて説
明する。図2に示す実施例には、スピーカ41の振動面
41aに対し互いに対称の位置に配置された2つの音セ
ンサ42,43が示されている。音センサ42,43に
は、騒音源30から出た騒音とスピーカ41から発生さ
れた2次音との双方が入力され、それら騒音と2次音を
表わす音信号が加算器44に入力される。音センサ4
2,43はスピーカ41の振動面41aに対し互いに対
象の位置に配置されているため、音センサ42に入力し
た2次音と音センサ43に入力した2次音は、音圧の位
相が互いに逆になっている。したがって、音センサ4
2,43に入力された音信号は、加算器44で加算され
ると、2次音を表わす音信号は互いに打ち消しあってゼ
ロになる。この結果、積分器45には2次音を表わす音
信号は入力されず、騒音を表わす音信号のみが入力され
て積分される。その後は、前述した実施例(図1参照)
と同様にして、スピーカ41から騒音を打ち消す2次音
が発せられる。
【0023】図2に示す実施例の場合、音センサ43の
音信号を用いて、音信号がゼロになるように増幅器46
での増幅率を自動調整する構成にすることもでき、この
場合は、音センサ43はエラーマイク14(図5参照)
としての働きも行う。また、上記のいずれの実施例にお
いても、スピーカ41を2つ用意し、それら2つのスピ
ーカの振動面を互いに向き合わせて接触させ、2つのス
ピーカから互いに逆位相の音を発生すると、これら2つ
のスピーカの振動面を挟んだ左右の音場の伝達特性が同
じになり、したがって、音圧の位相が一層正確に逆相に
なった2次音が音センサ入力する。したがって、このよ
うに構成すると、2次音が残存することによる消音効果
の低下を防止することができる。
【0024】図3は、本発明の有効性確認のためのシミ
ュレーション結果を示したグラフである。図3に示すS
0=−0.5は、騒音発生源が、スピーカの振動面を基
準としたときの−0.5mの位置(例えば図1におい
て、スピーカ41の振動面41aの左方0.5mの位
置)にあることを表わし、x=0.5は、このグラフ
が、スピーカの振動面から0.5m離れた位置(例えば
図1において、スピーカ41の振動面41aの右方0.
5mの位置)の点の消音効果を示すグラフであることを
表わし、amx=0,amy=0.04は、音センサの
配置位置(x,y)が(0m,0.04m)の位置(例
えば図1において、図の左右方向については、スピーカ
41の振動面41a上、図の上下方向については、スピ
ーカ41の振動面41aの中心点から4cm外れた位
置)にあることを示している。図3に示すグラフの0d
Bは、騒音が全くキャンセルされない場合の基準レベル
を表わしている。
【0025】この図3のグラフは、人間の可聴音の中で
も重要な位置を占める、300Hz〜4kHzの周波数
範囲では騒音が−10dB以下に低減されていることを
示している。図4は、スピーカの振動面から0.7m離
れた位置の消音効果を示す、図3と同様なグラフであ
る。
【0026】図3に示すグラフと比べ消音のピークは下
がっているが、300Hz〜3kHz程度の重要な周波
数帯域は、−10dBないしそれ以上の消音効果があ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明のアクティブ
消音装置によれば、スピーカから発生した2次音は受音
せずに、あるいは一旦受音してもキャンセルする構成で
あるため、スピーカと音センサを近接して配置すること
ができる。また、音センサで受音した騒音を表わす音信
号を積分してその積分した音信号に基づく2次音を発生
させるものであるため、優れた消音効果をあげることが
できる。このように、本発明によれば携帯に便利で消音
効果の優れたアクティブ消音装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアクティブ消音装置の一実施例を示す
概略構成図である。
【図2】本発明のアクティブ消音装置の他の実施例を示
す概略構成図である。
【図3】本発明の有効性確認のためのシミュレーション
結果を示したグラフである。
【図4】スピーカの振動面から0.7m離れた位置の消
音効果を示す、図3と同様なグラフである。
【図5】空調ダクトの騒音を消すために用いられる従来
のアクティブ消音装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
30 騒音源 40 アクティブ消音装置 41 スピーカ 41a 振動面 42,43 音センサ 44 加算器 45 積分器 46 増幅器
───────────────────────────────────────────────────── 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 H04R 3/02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次音源で発生した1次音を検出して音
    信号を得、該音信号に基づいて該1次音を相殺する2次
    音を発生するアクティブ消音装置において、 前記2次音を発生するスピーカと、 該スピーカの振動面近傍に配置された音センサと、 該音センサで検出された音信号を積分する積分手段とを
    備え、 該積分手段により積分された音信号に基づく2次音を前
    記スピーカから発生させることを特徴とするアクティブ
    消音装置。
JP6256915A 1994-10-21 1994-10-21 アクティブ消音装置 Pending JPH08123433A (ja)

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JP6256915A JPH08123433A (ja) 1994-10-21 1994-10-21 アクティブ消音装置

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