JPH0836391A

JPH0836391A - 能動消音装置

Info

Publication number: JPH0836391A
Application number: JP6170911A
Authority: JP
Inventors: Takuro Hayashi; 卓郎林; Akihiko Ebato; 明彦江波戸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成によって３次元空間での機器の騒
音を低減することができる能動消音装置を提供する。【構成】対象とする機器３１の壁面３２の第１のセン
サ３３と、スピーカ３４の振動面の振動を検出する第２
のセンサ３５とが検出した信号が加算部４０で加算演算
され、その和である誤差信号４３が適応制御部３６によ
って零または最小となるように、スピーカ３４のパワー
増幅器４４の制御が行われる。この制御によりスピーカ
３４の放射する音の強さが機器３１の壁面３２の放射す
る強さと一致するものとなり、またスピーカ３４が壁面
３２上に直接配置されていることによってスピーカ３４
の放射する音が逆相に加わることになる。このため、機
器３１の壁面３２からの放射音響パワーを低減でき３次
元空間においても低騒音化を図ることのできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機器の騒音の低減を行
うための装置で、特に変圧器等の３次元空間に置かれた
機器に好適する能動消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の能動消音装置の中の１つに、例え
ば空調ダクトのように音が１次元的に伝播してくる場合
を対象とするものがあり、これが多用されている。図３
はその第１の従来例を示す概略の構成図で、空調ダクト
１の一端側の音源２から伝播してくる音に対し、他端側
の出口３でその音圧を零にしようとするものである。

【０００３】これは、空調ダクト１の音源２側に空調ダ
クト１内の音の信号を得るための検知用マイクロホン４
を配置し、出口３側に同じく空調ダクト１内の音の信号
を得る評価用マイクロホン５を配置すると共に、両マイ
クロホン４，５の間の空調ダクト１内に音を出すようス
ピーカ６を設けている。

【０００４】７は、一般の適応制御システムに用いられ
ているＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳアルゴリズムに基
づく適応制御部で、これは伝達関数補償用フィルタ８、
固定ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐ
ｏｎｓｅ）フィルタ９、アダプティブＦＩＲフィルタ１
０を接続して構成されている。また検知用マイクロホン
４の出力信号は伝達関数補償用フィルタ８と固定ＦＩＲ
フィルタ９に入力するようになっており、評価用マイク
ロホン５の出力信号はアダプティブＦＩＲフィルタ１０
に入力するようになっていて、固定ＦＩＲフィルタ９の
出力がスピーカ６に加わるようになっている。そして、
適応制御部７では評価用マイクロホン５の位置で音圧が
零になるように自動的に制御係数の決定を行う。

【０００５】このようなシステムにおいては、検知用マ
イクロホン４が検知した音にもとづきスピーカ６から逆
相の音を出し、これと音源２から伝播してきた空調ダク
ト１内の音と干渉させ評価用マイクロホン５で評価しな
がら音圧を零とする。音圧零の点ができると音は音響的
インピーダンスの違いからその点で反射され出口３の方
向には伝播しなくなる。

【０００６】しかし、これは空調ダクト１のように騒音
が１次元的に伝播してくる場合に干渉によって騒音の音
圧を零にするもので、３次元的に伝播する騒音に適用で
きるものではない。

【０００７】これに対し、音源が３次元空間に置かれて
いる場合については機器の騒音全体を低減する方法とし
て、音源となっている機器を多くの付加音源で取り囲
み、それぞれの付加音源から音を放射してその取り囲み
面の外部に漏れる音をできるだけ小さくする方法があ
る。これは１次元的に音が伝播する上述の空調ダクトで
の方法を３次元空間に拡張したものである。

【０００８】次に、この方法を実現する装置を第２の従
来例として図４により説明する。図４は概略の構成図で
あり、図４において音源である機器１１の周囲には、こ
れから等距離の取り囲み面１２上に複数の付加音源１３
が配置してあり、これらの付加音源１３の近傍には各々
に対して評価用マイクロホン１４が配置してある。

【０００９】また各評価用マイクロホン１４は、出力信
号が付加音源１３を駆動制御する制御部１５に入力する
ように接続してある。なお、制御部１５には機器１１の
発する音と相関のある信号、例えば壁面の振動信号など
の参照信号が信号線１６を介して入力するようになって
いる。

【００１０】そして制御部１５では、評価用マイクロホ
ン１４での音圧が最小になるように制御を行っており、
付加音源１３の振幅と位相が評価用マイクロホン１４で
の音圧の自乗和が最小になるように決定される。

【００１１】しかし、このように構成されたものでは、
それぞれの評価用マイクロホン１４に多数の付加音源１
３からの音が混入するので、それらの影響を考慮した制
御系を構築しなければならず、制御部１５を含む制御系
が複雑になる。さらに付加音源１３の間隔は低減しよう
とする音の波長の１／２以内に設定する必要があり、音
源である機器１１から離れたところに取り囲み面１２を
設定すると付加音源１３の数が多数必要となる等の問題
がある。

【００１２】また、別の方法としては、音源である機器
を離散的な音源の集合と仮定して、それらの音源の強さ
と位相を予め求めておき、付加音源を周囲に配したとき
の全体の音響パワーが最小となるように付加音源の音源
の強さと位相を制御する方法である。ここで音源の強さ
と言うのは音源から湧き出す体積速度のことであり、振
動速度をその面積で積分したものである。また、音響パ
ワーというのは、音源から放射する単位時間当たりのエ
ネルギのことである。

【００１３】次に、この方法を実現する装置を第３の従
来例として図５により説明する。図５は概略の構成図で
あり、図５において１７は音源である機器であって、こ
の機器１７の各壁面１８には制御部１９によって駆動制
御される付加音源２０が配設してある。

【００１４】また、制御部１９には、予め測定された各
壁面１８の振動から離散的な音源が各壁面１８に存在し
ていると仮定し、そのデータを予め用意してあるデータ
ベース部２１が接続してある。そして制御部１９では、
元の音源である機器１７と付加音源２０の音を加え合わ
せたときに、全体の音響パワーが最小になるように各付
加音源２０の位相と音の強さを算出し、算出結果によっ
て各付加音源２０を駆動制御する。

【００１５】しかし、このように構成されたものでは、
元の音源の強さと位相を予め求めておく必要があり、実
際にこれを行うには大変な労力を必要とする。さらに、
途中で元の音源の振幅や位相の状態が変わる等の変化が
あったときには設定をやり直す必要が生じるなど問題点
があって、実用化されるまでには至っていない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のも
のでは種々の問題点があり、３次元空間で機器の騒音全
体を低減するようにした装置は実用化するまでには至っ
ていない。このような状況に鑑みて本発明はなされたも
ので、その目的とするところは多数の付加音源を要さ
ず、また制御系が複雑なものとならず、簡単な構成で自
動的な制御により３次元空間で機器の騒音全体を低減す
ることができる能動消音装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の能動消音装置
は、対象機器の振動面もしくは該振動面の近傍に配置さ
れ増幅器によって駆動される付加音源と、対象機器の振
動面の振動を検出する第１のセンサと、付加音源の振動
面の振動を検出する第２のセンサと、第１及び第２のセ
ンサからの信号を加算演算して和が零または最小となる
ように付加音源の振動の振幅と位相を設定する制御部と
を具備したことを特徴とするものであり、さらに、付加
音源及び対象機器の振動面の両方の音源の強さが等しく
なるよう増幅器の増幅倍率を設定することを特徴とする
ものであり、さらに、付加音源の振動面の面積と振動振
幅の積が、対象機器の振動面の等価面積と振動振幅との
積に等しくなるよう増幅器の増幅倍率を設定することを
特徴とするものである。

【００１８】

【作用】上記のように構成された能動消音装置は、対象
機器の振動面の第１のセンサと、付加音源の振動面の振
動を検出する第２のセンサとが検出した各振動に対応す
る信号が加算演算され、その和が零または最小となるよ
うに制御部での制御が行われる。この制御により付加音
源の放射する音の強さが対象機器の振動面の放射する強
さが一致するものとなり、また付加音源が対象機器の振
動面上に直接もしくは近傍に配置されていることによっ
て付加音源の放射する音が逆相に加わることになる。こ
のため、対象機器の振動面からの放射音響パワーを低減
でき３次元空間においても低騒音化を図ることができ
る。

【００１９】

【実施例】実施例の説明に先立って、本発明の基本とな
っている考え方について説明する。先ず、低減しようと
している音を放射している音源振動面、またはその近傍
に付加音源を取り付け、元の音源振動面の位相と逆相で
且つ放射する音の強さが一致するように設定する。

【００２０】そして、原理上、音源と付加音源が近接し
ている場合、音源からの放射パワーを付加音源を用いて
最小にするためには、音源の振動速度をｖ₁、表面積を
ｓ₁、付加音源の振動速度をｖ₂、表面積をｓ₂とする
と、｜ｖ₁｜×ｓ₁＝｜ｖ₂｜×ｓ₂ ……（１）とし、且つｖ₁とｖ₂の位相を１８０度ずらせば良い。
ただし、ここでは元の音源と付加音源の振動面は共に並
進運動をしていると仮定しており、式（１）は元の音源
と付加音源の音の強さが等しいことを示している。これ
は言い換えると、元の音源から湧き出した流体を同じ量
だけ付加音源で吸い込むことになる。厳密に言うと、音
源間の距離や周波数によって若干のずれが生じてくる
が、音源間の距離が音の波長の１／２以内のときは概ね
成り立つ。

【００２１】この原理を実現するために、第１に考えな
くてはならないのは元の音源と付加音源の位相を１８０
度ずらすことであり、第２に付加音源の音の強さを元の
音源と等しくなるように調節することである。

【００２２】そこで本発明では、上記の原理を具体化す
る構成として音源振動面と付加音源振動面とに振動検出
用のセンサを取り付け、それらの信号を加算して和が零
になるように制御を行う。このような制御を行えば、元
の音源と付加音源の位相は１８０度ずれることになる。
しかしこのままでは位相がずれただけで音の強さは一致
していない。

【００２３】そこで、振動の信号を増幅する増幅器を設
け、どちらか一方または両方を適当に増幅した上で加算
することにする。増幅の仕方は両者の音の強さが一致す
るように調整する。このような構成にすれば付加音源の
音の強さを元の音源の音の強さと一致させ、且つ位相が
１８０度ずれるように設定できる。

【００２４】また、元の音源と付加音源の音の強さは式
（１）に示される通りであって、音の強さを一致させる
のは、付加音源の振動面の面積と振動振幅の積が、元の
音源の振動面の等価面積と振動振幅との積に等しくなる
よう増幅器の倍率を決定（設定）することによって行
う。

【００２５】次に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。初めに第１の実施例を図１により説明する。図
１は概略の構成図であり、図１において３１は音源とな
っている対象の機器であって、この機器３１の壁面３２
には、壁面３２の振動を検出する第１のセンサ３３が取
着してあり、この第１のセンサ３３の近傍には付加音源
となるスピーカ３４が取り付けてある。そしてスピーカ
３４には、スピーカ３４の振動面の振動を検出する第２
のセンサ３５が取り付けてある。

【００２６】第１及び第２のセンサ３３，３５は、振動
を測定できるセンサであれば何でも良いが、例えば加速
度ピックアップやレーザ変位計等を用いることができ
る。

【００２７】また、３６は伝達関数補償用フィルタ３
７、固定ＦＩＲフィルタ３８、アダプティブＦＩＲフィ
ルタ３９を接続して構成されたＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ
ＬＭＳアルゴリズムに基づく適応制御部であり、４０は
加算部である。そして適応制御部３６の伝達関数補償用
フィルタ３７と固定ＦＩＲフィルタ３８には、第１のセ
ンサ３３がその出力信号が加わるように接続してある。

【００２８】一方、加算部４０には、第１のセンサ３３
と第２のセンサ３５が各々の出力信号がそれぞれ増幅器
４１，４２を介し増幅されて入力するように接続してあ
る。また第１のセンサ３３と第２のセンサ３５の出力信
号が増幅され加算演算がなされた加算部４０からの出力
は、誤差信号４３としてアダプティブＦＩＲフィルタ３
９に入力するようになっている。さらに固定ＦＩＲフィ
ルタ３８の出力は、パワー増幅器４４を介してスピーカ
３４に加わるようになっている。

【００２９】これにより、付加音源であるスピーカ３４
は、その振動が第１のセンサ３３と第２のセンサ３５の
出力信号を基にして適応制御部３６により、加算部４０
の出力である誤差信号４３が最小となるよう制御され
る。すなわち、適応制御部３６で誤差信号４３を零にす
るようにアダプティブＦＩＲフィルタ３９の制御係数を
変更して行き誤差信号４３が零に近付くと、付加音源の
スピーカ３４の振動の位相が、元の音源である機器３１
の壁面３２の位相と１８０度ずれるようになる。

【００３０】その結果、自動的な制御により機器３１の
振動と、機器３１の壁面３２に取り付けた付加音源のス
ピーカ３４の振動の位相が１８０度ずれ、且つスピーカ
３４からの音を機器３１からの音の強さと等しくするこ
とができ、機器３１の放射音響パワーを簡単な構成で低
減することができる。なお、上記では機器３１の放射音
響パワーの低減を要する部位として１つの壁面３２を代
表させることにより説明したが、必要に応じ各放射音響
パワーの低減を要する部位を上述のように構成すること
で多数の付加音源のスピーカ３４を要すること無く同様
の効果を得ることができる。

【００３１】続いて第２の実施例を図２により説明す
る。図２は概略の構成図であり、図２において５１は音
源となっている対象の機器であって、この機器５１の壁
面５２には、壁面５２の振動を検出する第１のセンサ５
３が取着してあり、この第１のセンサ５３の近傍にはパ
ワー増幅器５４によって駆動される付加音源となるスピ
ーカ５５が取り付けてある。そしてスピーカ５５には、
スピーカ５５の振動面の振動を検出する第２のセンサ５
６が取り付けてある。

【００３２】また、５７は第１，第２のセンサ５３，５
６の出力端とパワー増幅器５４の入力端の間に挿入され
た制御部であり、この制御部５７は第１，第２の増幅器
５８，５９と、ローパスフィルタ等の第１，第２の周波
数フィルタ６０，６１と、加算部６２と、補正用フィル
タ６３によってなるもので、正帰還回路を構成してい
る。このような制御部５７には、その第１，第２の増幅
器５８，５９に、それぞれに対応して第１，第２のセン
サ５３，５６の出力信号が入力するようになっている。

【００３３】そして第１，第２の増幅器５８，５９で増
幅された信号は、第１，第２の周波数フィルタ６０，６
１を介して加算器６２に加わり、ここで加算演算がなさ
れた後に補正用フィルタ６３に入力する。さらに信号は
補正用フィルタ６３で伝達特性が改善されてパワー増幅
器５４に入力し、ここでパワー増幅されてスピーカ５５
を駆動する。

【００３４】このような過程でパワー増幅器５４の増幅
倍率を大きくしていくことで加算部６２の出力信号は零
に近付き、付加音源のスピーカ５５の振動の位相が、元
の音源である機器５１の壁面５２の位相と１８０度ずれ
るようになる。

【００３５】この結果、本実施例においても第１の実施
例と同様の効果が得られる。

【００３６】上記に示した第１、第２の実施例のように
本発明の能動消音装置は３次元空間に放射される騒音全
体を低減できるので、例えば変圧器のように筐体の周囲
に騒音が放射される機器に適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、多数の付加音源を要さず、簡単な構成によって
３次元空間での機器の騒音全体を低減することができる
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略の構成図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示す概略の構成図であ
る。

【図３】第１の従来例を示す概略の構成図である。

【図４】第２の従来例を示す概略の構成図である。

【図５】第３の従来例を示す概略の構成図である。

【符号の説明】

３１…機器３２…壁面３３…第１のセンサ３４…スピーカ３５…第２のセンサ３６…適応制御部４０…加算部４３…誤差信号４４…パワー増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象機器の振動面もしくは該振動面の近
傍に配置され増幅器によって駆動される付加音源と、前
記対象機器の振動面の振動を検出する第１のセンサと、
前記付加音源の振動面の振動を検出する第２のセンサ
と、前記第１及び第２のセンサからの信号を加算演算し
て和が零または最小となるように前記付加音源の振動の
振幅と位相を決定する制御部とを具備したことを特徴と
する能動消音装置。
【請求項２】付加音源及び対象機器の振動面の両方の
音源の強さが等しくなるよう増幅器の増幅倍率を設定す
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】付加音源の振動面の面積と振動振幅の積
が、対象機器の振動面の等価面積と振動振幅との積に等
しくなるよう増幅器の増幅倍率を設定することを特徴と
する請求項１記載の能動消音装置。