KR970001736B1 - 소음소거장치 및 그 소음소거방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

소음소거장치 및 그 소음소거방법

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 소음소거장치를 개략적으로 도시한 단면도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 소음소거장치의 제어동작을 도시한 흐름도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 구동기기의 운전상태를 도시한 도면.

제4도는 구동기기의 운전상태에 따른 소음소거장치의 제어동작을 도시한 흐름도.

제5도는 구동기기 운전개시로부터 경과시간에 따른 상기 장치의 제어행정을 도시한 흐름도.

제6도는 본 발명의 제3실시예에 따른 소음소거장치를 개략적으로 도시한 단면도.

제7도(a)는 압축기음의 주파수분포를 도시한 도면.

제7도(b)는 제7도(a)에 도시된 주파수분포에 대응되는 음향전달함수성분의 분포를 도시한 도면.

제7도(c)는 제어음의 주파수분포를 도시한 도면.

제8도(a)는 외란음의 주파수분포를 도시한 도면.

제8도(b)는 제8도(a)에 도시된 주파수분포에 대응되는 음향전달함수성분의 분포를 도시한 도면.

제8도(c)는 오제어음의 주파수분포를 도시한 도면.

제9도는 필터계수열을 구하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 단면도.

제10도는 구동기기의 주파수분포를 도시한 도면.

제11도는 다른 신호처리방식을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기 12 : 방

13 : 출입구 22 : 제1센서

23 : 증폭기 24 : A/D변환기

25 : 신호처리장치 26 : 제2센서

29 : D/A변환기 30 : 스피커

32 : 갱신빈도카운터 38 : 스윕발진기

40 : 제2센서 42 : 전달함수측정장치

[산업상의 이용분야]

본 발명은 소음소거장치 및 그 소음소거방법에 관한 것으로, 특히 소망의 제어대상점에 도달하는 소음을 능동적으로 소거하는 소음소거장치 및 그 소음소거방법에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

예컨대 회전기 등의 구동기기는 특수한 것을 제외하고 동작할 때 소음을 발생시키는 바, 이러한 소음은 시간이나 장소에 따라서 여러 가지 폐해를 초래한다. 그런데 일반적으로 소음을 전혀 발생시키지 않도록 구동기기를 구성하기는 매우 어렵다.

그래서 종래에는 음향적인 수법을 이용하여 특정 위치에 있는 소음을 저감시키는 소음소거장치가 고려되고 있는 바, 이 장치에 의하면 특정 위치에 도달되는 소음과는 반대 위상이면서 크기가 같은 음파를 인위적으로 발생시켜, 이 음파와 소음을 간섭시킴으로써 특정 위치에서의 소음을 능동적으로 없애도록 되어 있다.

예를 들어 소음발생원으로서의 기기가 배치된 방의 출입구에서 외부로 소음이 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 상기 소음소거장치를 사용하여 출입구(즉 제어대상점)에서의 소음을 없애도록 하는 것이 고려되고 있다. 이 경우 상기 소음소거장치는 통상적으로 기기로부터 발생된 소음을 방안에 설치된 마이크로폰과 같은 수음기(受音器)로 검출하여 전기신호로 변환한 후, 이 신호를 증폭기와 A/D변환기를 매개하여 연산기에 입력한다. 그리고 이 소음소거장치는 연산기에서 연산된 신호를 D/A변환기를 통해 방의 출입구 근방에 설치된 제어용 발음기(예컨대 스피커)에 입력하여 음파를 발생시키도록 구성되어 있다.

기기가 발생하는 소음을 S1, 스피커로부터 발생되는 음을 S2, 마이크로폰에 의해 검출된 음을 R1, 제어대상점에서의 음을 R2라 하고, 또한 기기와 마이크로폰 사이, 기기와 대상점 사이, 스피커와 마이크로폰 사이, 스피커와 대상점 사이의 전달함수를 각각 T11, T12, T21, T22라 하면 2입력 2출력계로서 다음 식이 얻어진다.

소음소거장치는 제어대상점에서의 음향레벨이 제로가 되도록 하는 것을 목표로 하고 있기 때문에 R2=0으로 놓을 수가 있다. 따라서

로 된다. 상기 (2)식으로부터 알 수 있는 바와 같이 R2=0을 얻기 위해서는 마이크로폰에 의해 검출된 음(R1)에 다음 식으로 구해진 필터계수(h)를 곱해서 얻어진 음(S2)을 스피커로부터 발생시키면 된다.

따라서 방의 출입구에서의 소음을 최소로 하기 위한 필터계수열(임펄스응답)은 미리 구해서 소음소거장치의 연산기에 설정되어 있으므로 다음 식에서 최적의 S2를 구할 수 있다.

상기 (4)식을 이용하여 소음을 소거하는 수법으로서는 다음과 같은 2가지가 고려되고 있다.

그 한가지 방법은 마이크로폰을 통해 얻어진 시계열신호(時係列信號)를 푸리에변환한 주파수영역신호와 주파수영역표시의 음향전달함수를 각각 곱한 다음에 상기와 같이 구해진 신호를 역푸리에변환하여 시계열 신호로 바꾸고 이 시계열신호를 스피커에 입력하여 발음시키도록 되어 있다.

이 방법은 신호를 일괄처리하기 때문에 스피커로부터 실시간(real time)으로 제어음을 출력하기 곤란하지만, 구동기기(예컨대 회전기)는 성질상 거의 같은 파형의 음을 반복적으로 발생시키기 때문에 회전기의 회전동작에 동기된 트리거신호를 만들고 이 트리거신호를 사용하여 제어음의 발생타이밍을 조정함으로써 소음소거가 가능하게 된다.

다른 방법은 음향전달함수를 역푸리에변환하여 이른바 필터계수열(임펄스응답)을 얻고, 마이크로폰을 통해 검출된 수음신호의 시계열데이터와 필터계수열을 콘볼루션함으로써 스피커에 전송되는 시계열데이터를 구하도록 되어 있다. 이 방법은 FIR(Finite Impulse Response) 필터방식이기 때문에 리얼타임으로 제어음을 발생시킬 수 있다.

상기 방식을 식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서 h(i)는 필터계수열, X(n-i)는 마이크로폰으로부터의 입력신호중 i번째의 샘플데이터, M은 탭수, i는 탭계수번호, S2(n)은 n번째의 데이터를 각각 나타낸다.

상기와 같은 방법으로 제어음을 출력하는 소음소거장치를 이용함으로써 방의 출입구에서의 소음을 능동적으로 없앨 수 있어, 기기로부터 발생된 소음이 출입구를 통해 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

그러나 이와 같은 종래의 장치에 있어서는 필터계수열의 산출기준이 되는 각 전달계수가 항상 일정하게 정해지지는 않는다. 즉 음향전달함수는 음의 전달경로에서의 온도변화와 스피커의 특성변화 및 기기의 특성변화 등에 의해 변화된다. 예를 들어 기기로부터 발생된 열에 의해 실내온도가 상승되면 음속이 변화되고, 이 음속의 변화는 음향전달함수를 변화시키게 된다. 또한 스피커에 통전이 계속되면 스피커의 권선온도가 상승하여 저항치가 변화하게 된다. 그에 따라 스피커의 출력이 변화되고 음향전달함수도 변화하게 된다. 더욱이 기기의 운전시간경과에 따른 기기로부터의 소음발생위치가 변화하면 이에 따라 음향전달함수도 변화하게 된다.

이와 같은 음향전달함수가 변화하면 제어대상점에서의 소음을 양호하게 소거할 수 없게 된다. 이 때문에 양호한 소음소거를 실현하기 위해서는 음향전달함수의 변화에 따라 필터계수열값을 변경할 필요가 있다.

그래서 최근 상기와 같은 문제점에 대처하기 위해 제어대상점에 별도의 마이크로폰을 설치하고 이 마이크로폰으로부터의 출력이 제로로 되도록 필터계수열을 자동적으로 변경하도록 된 이른바 적응능동제어기능을 구비한 소음소거장치가 제안되고 있다. 이 제어기능을 갖춘 소음소거장치는 다음과 같은 식에 따라 필터계수열의 변경을 일정 기간마다 행하게 된다.

여기서 h(i)new는 갱신후의 i번째 FIR 필터계수열, h(i)old는 갱신하기 전의 i번째의 FIR 필터계수, K는 h의 변경률을 정하는 정수, e는 오차신호(제어대상점의 마이크로폰으로부터의 신호), X(n-i)는 입력신호중 i번째의 샘플데이터를 각각 나타낸다.

그러나 상기와 같이 구성된 소음소거장치에 있어서도 다음과 같은 문제점이 있다.

즉 이 장치는 필터계수열의 변경을 일정기간마다 행함과 더불어 정수(K)의 값을 일정하게 하여 동작시키는 방식을 채용하고 있다. K값을 일정하게 하고 있는 것은 K값을 변화시키는 기준이 명확하지 않기 때문이다. 그래서 K값을 일정하게 한 경우 다음과 같은 문제가 발생하게 된다. 즉 전달함수를 결정하는 물리계의 변화시정수와 K값에 의한 필터계수(F)의 변화시정수가 같은 경우에는 발진한다. 또 물리계의 변화시 정수에 대해 K값에 의한 필터계수(h)의 변화시정수가 큰 경우에는 물리계의 변화에 추종되는 제어를 할 수 없게 된다. 또한 K를 크게 하고 h의 변화시정수를 매우 작게 하면 제어계의 안정성이 나빠진다. 더욱이 미리 물리계의 변화가 느려진 것으로 판명된 경우에는 K값을 작게 할 필요가 있다. 그러나 K값을 매우 작게 하면 신호를 처리함에 비트누설 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 K값을 어느 정도로 할 것인지 선택하기 매우 곤란하게 된다.

또한 상기 소음소거장치는 일정 주기마다 필터계수열을 변경하고 있는데, 이경우 변경기간을 짧게 하여 변경을 자주 하게 되면 제어계의 안정성이 악화된다. 반대로 기간을 길게 하여 변경빈도를 작게 하면 전달 함수의 변화를 추종할 수 없게 된다. 이와 같이 적응능동제어기능을 갖춘 소음소거장치는 필터계수열의 변경률[즉 제어계의 수속률(收束率)]을 항상 일정하게 하고 있기 때문에 구동기기를 포함한 장치의 운전상태에 의해서는 제어계의 안정성 및 수속성이 악화되는 문제가 있다.

또한 종래의 장치는 필터계수열의 조정과정이 종료되어 수속된 후, 외래음이 입사하면 오동작되어 필터계수의 변경을 항하게 됨으로써 충분한 소음소거효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라 오히려 제어대상점에 여분의 음을 부가하게 동작된다.

[발명의 목적]

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 운전상태에 따라 효율적이고 안정되게 소음소거제어를 행할 수 있을 뿐만 아니라 외란음 등에 응답하여 오동작하지 않는 소음소거장치 및 소음소거방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

[발명의 구성]

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제어대상점에서 측정된 입력에 따라 필터계수열을 적응적으로 변화시키는 적응능동제어와 필터계수열을 일정하게 하는 능동제어를 미리 정해진 조건에 따라 절환함으로써 제어계의 수속률을 조정하도록 되어 있다. 여기서 미리 정해진 조건으로는 예컨대 구동기기를 포함한 장치 전체의 운전상태에 의해 결정되는 필터계수열 갱신의 빈도나 소음발생원인 구동기기의 운전개시점의 경과시간에 의해 결정되는 필터계수열 갱신의 빈도를 의미한다.

또한 적응능동제어시의 상기 운전상태에 따라 필터계수열 갱신의 빈도를 변경하도록 구성되어 있다.

[작용]

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 장치는 필터계수열을 갱신할 때의 수속률(K)을 실질적으로 변경하는 것과 마찬가지로 되어 운전상태에 대응시켜 가장 알맞은 수속률을 자동적으로 선정할 수 있다. 따라서 소음소거제어의 안정성 및 수속성을 모두 만족시키는 적응능동제어가 실현가능하게 된다. 또한 필터계수열의 갱신후에는 외란음 등에 의해 오동작되어 필터계수열 변경을 행하게 되어 보다 안정된 즉응능동소음소거제어가 가능하게 된다.

더욱이 필터계수열은 구동기기의 회전주파수를 기준으로 한 특정 주파수성분만을 포함하도록 설정되어 있다. 이 때문에 상기 주파수성분이외의 주파수를 갖는 외란음에 응답하는 것을 방지할 수 있어 보다 안정된 소음소거제어를 실현할 수 있게 된다.

[실시예]

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 소음소거장치를 이용하여 방(12)에 설치된 구동기기(10; 예컨대 압축기)로부터 발생된 소음이 방의 출입구(13)에서 외부로 누출되는 것을 방지하도록 된 예를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 소음소거장치는 압축기(10)의 근방으로 방안에 설치된 예컨대 가속도픽업, 마이크로폰등의 제1센서(22)를 구비하고 있다. 이 센서(22)은 압축기(10)가 발생시키고 있는 소음 또는 진동을 검출하여 전기신호로 변환시킨다. 이렇게 변환된 전기신호는 증폭기(23)와 A/D변환기(24)를 매개로 신호처리장치(25)에 입력된다. 이 신호처리장치(25)는 그 내부에 설정되어 있는 후술하는 소망의 필터계수열 h(i)를 FIR(Finite Impulse Response)로서 사용하고 입력된 신호로부터 제어신호를 만든다. 또한 소음소거장치는 출입구의 근방에 설치된 발음수단으로서의 스피커(30)를 구비하고 있는데, 이 스피커(30)는 D/A변환기(29)를 매개로 신호처리장치(25)로부터의 상기 제어신호를 수신해서 압축기(10)로부터의 소음과 간섭하는 음파를 발생함으로써 제어대상점인 출입구(13)에서의 소음을 제거한다. 이 출입구(13)에 있어서의 음압(音壓)은 예컨대 마이크로폰 등의 제2센서(26)에 의해 검출되어 전기신호로 변환된다. 이렇게 변환된 전기신호는 전기증폭기(27)와 A/D변환기(28)를 매개로 신호처리장치(25)에 입력된다. 그리고 상기 신호처리장치(25)는 후술하는 바와 같이 사이 A/D변환기(28)로부터의 출력신호가 제로가 되도록[즉 출입구(13)에서의 음압이 제로가 되도록]필터계수열을 변경하게 된다.

또한 상기 신호처리장치(25)는 압축기(10)의 운전개시 및 정지를 제어하는 제어장치(31)와 접속되어 제어장치(31)로부터 전송개시명령 및 정지명령을 받는다.

이어서 상기와 같이 구성된 소음소거장치의 동작에 대해서 설명한다.

동작하기 전의 상태에 있어서 소음소거장치의 신호처리장치(25)에는 필터계수(h)가 설정되어 있지 않다. 따라서 소음동작개시시에는 앞서 갱신된 필터계수(h_m) 및 그보다 전에 갱신된 필터계수(h_m-1)에 상당하는 값을 인위적으로 설정하는 것으로 한다.

이 상태에서 제2도에 도시된 바와 같이 소음소거장치를 이용하여 방(12)의 출입구(13)에서의 소음을 연속적으로 소거한다.

즉, 먼저 압축기(10)로부터의 소음을 제1센서(22)에 의해 검출해서 입력신호 X(n-i)를 취득한다(S1). 신호처리장치(25)는 (5)식에 나타낸 바와 같이 입력신호에 FIR 필터로서의 필터계수열 h_m(i)를 곱해서 제어신호 S2(n)을 산출한다(S2). 이 제어신호는 D/A변환기(29)를 매개로 스피커(30)에 입력되고, 스피커는 상기 제어신호에 따라 발음하게 된다(S3). 상기 스피커(30)의 발음에 의해 출입구(13)에서는 압축기(10)로부터 도래한 소음과 스피커로부터 도래한 음파가 간섭하여 서로 상쇄된다. 이러한 소음소거결과가 양호하면 출입구(13)에서의 음압은 완전히 제로로 된다. 그러나 통상은 음압이 완전히 제로로 되는 경우는 적다.

여기서 출입구(13)에서의 음압은 제2센서(26)에 의해 검출되어 오차신호(e)로서 신호처리장치(25)에 입력된다(S4). 그리고 신호처리장치(25)는 상기 오차신호에 기초해서 출입구(13)에서 음압이 제로가 되도록 적당하게 필터계수열 h(i)를 갱신(변경)하는 바, 이 갱신은 (6)식에 따라 이루어진다. 구체적으로 신호처리장치(25)는 먼저 필터계수(h)의 변경량(h_m-h_m-1)을 산출하고(S5), 다음의 (7)식에 기초해서 필터계수를 갱신할 것인지 판정한다(S6).

여기서 N은 갱신빈도카운터(32)의 카운트값을 나타내고, ε는 미리 설정된 정수를 각각 나타낸다.

그리고 갱신하지 않을 것으로 판정되면 요컨대 갱신량(h_m-h_m-1)의 절대치에 N을 곱한 값이 정수 ε보다 작을 때 다시 단계 S2가 실행된다. 따라서 이 경우에는 이전의 것과 같은 필터계수열 h_m(i)를 이용하여 소음소거동작이 계속해서 이루어지게 된다. 또 갱신해야 할 것으로 판정되면 신호처리장치(25)는 (6)식에서 KeX(n-i)를 출력하고(S7), 상기 (6)식에 따라 새로운 필터계수(h_m+1)를 산출한다(S8). 그에 따라 단계 S2에서의 필터계수열은 h_m+1로 갱신된 필터계수열에 기초해서 제어신호 S2(n)가 산출된다.

더욱이 상기 갱신빈도카운터(32)는 일정주기의 클럭펄스를 카운트함과 더불어 필터계수열이 갱신된 시점에서 카운트값을 클리어하도록 구성되어 있다.

이하 상기과 같은 처리가 반복된다.

상기와 같이 구성된 소음소거장치에 의하면 미리 설정된 조건에 따라[즉 (7)식에 따라] 필터계수열을 갱신할 것인지 여부를 선택함과 더불어 갱신을 행하는 경우에도 갱신빈도는 상기 (7)식에 기초하여 선택하도록 되어 있다. 이 때문에 필터계수열의 갱신량이 큰 경우에는 빈번하게 갱신이 이루어지고 반대로 갱신량이 작을 때에는 갱신빈도도 작게 할 수 있다. 이 결과 압축기(10)의 운전상태의 변화, 방(12)안의 암향전달 함수의 변화 등에 대응해서 가장 알맞은 필터계수열(즉 실효적으로 제어계의 가장 적당한 수속률)을 설정할 수 있다. 또한 운전상태, 음향전달함수의 변화가 큰 경우에는 갱신빈도를 크게 하고, 변화가 작은 경우에는 갱신빈도를 작게 설정하면 상기 (7)식에 기초하지 않아도 제어할 수 있다. 따라서 안정성 및 수속성 모두를 만족하는 적응능동소음소거제어를 실행할 수 있다. 또한 필터계수가 같은 경우에는 상기 (7)식에서의 변화량의 절대치 |h_m-h_m-1|가 작기 때문에 외란음이 방(12)안에 입사되어도 소음소거장치의 오동작에 의해 필터계수열이 변경되지 않고 보다 안정된 소음소거제어가 가능하게 된다.

또한 소음소저장치는 소음원인 압축기(10)가 제3도에 도시된 바와 같이 간헐적으로 운전, 정지가 반복되는 경우를 고려해서 구성되어 있다.

즉 제4도에 도시된 바와 같이 상술한 소음소거제어(S11)가 이루어지고 있는 상태에서 제어장치(31)로부터 압축기(10)의 운전정지명령이 입력되면 신호처리장치(25)는 그 시점에서 사용되는 있는 필터계수(h_m, h_m-1)를 고정상태로서 기억한다(S12). 그후 신호처리장치(25)는 필터계수의 기억을 완료한 시점에서 기억완료 신호를 제어장치(31)에 인가하고, 그에 따라 제어장치(31)는 압축기(10)의 운전을 정지시킨다(S13)

그후 신호처리장치(25)는 제어장치(31)로부터 압축기(10)의 운전개시명령이 인가되면 앞서 기억유지되어 있던 필터계수(h_m, h_m-1)를 초기치로서 사용하여 제2도에 도시된 소음소거제어동작을 개시한다(S14)

상기와 같은 구성에 의하면 압축기(10)가 정지하고 있는 중에는 필터계수열의 갱신이 이루어지지 않고, 정지중에 필터계수열에 노이즈가 혼입되지 않는다. 또한 압축기의 운전개시시 기억되어 있는 필터계수열을 초기치로서 소음소거제어를 개시하기 위해 제로로 클리어하거나 노이즈가 혼입되거나 하는 필터계수열을 초기치로서 사용하는 경우에 비해 소음소거제어의 수속(收束)을 빠르게 하는 것이 가능하게 된다. 그래서 압축기(10)의 운전개시시 조건에 맞는 적응능동소음소거제어를 빠르게 수행할 수 있게 된다.

더욱이 음원으로서의 구동기기의 운전정지명령정보가 입력될 때 필터계수를 고정 유지하고, 다음의 기기 운전재개명령정보가 입력될 때 유지되어 있던 필터계수를 초기치로서 사용한다는 개념은 통상의 능동소음 소거장치나 적응능동소음소거장치이외의 장치에도 적용할 수 있다.

상술한 실시예에 있어서는 필터계수의 변경량(h_m, h_m-1)을 산출하고, 이 산출치와 변경빈도카운터(32)의 카운트치(N)에 기초해서 필터계수의 갱신타이밍을 결정하고 있다. 소음소거제어의 대상이 되는 계(係)에 의해서는 음향전달함수에 영향을 주는 요소(예컨대 방의 음속, 스피커의 출력)의 변화가 항상 일정한 경향을 나타내는 경우가 있다. 이와 같은 계에 있어서 소음소거를 행하는 경우 구동기기 및 소음소거장치의 운전개시로부터의 경과시간(t)에 기초해서 적응제어를 행하는 빈도를 변경하도록 하여도 된다. 제5도는 이 제어방식을 적용시킨 제2실시예에 따른 소음소거장치의 동작흐름을 도시한 것이다.

본 실시예에 의하면 신호처리장치는 단계 S5에서 음향전달함수에 영향을 주는 요소의 특성을 미리 기억된 데이터베이스로부터 경과시간 t 및 그 시간 t에서 필요한 수속량을 독출한 다음에 단계 S6에 있어서 경과시간 t에서 필터계수열의 갱신이 지시되고 있는지의 여부를 판정한다. 상기 단계 이외의 제어단계는 제2도에 도시된 바와 같다.

이와 같은 제어에 의하면 상기 제1실시예와 비교하여 적응특성이 약간 나빠지지만 소음소거장치의 구성 및 처리루틴을 대폭적으로 간소화할 수 있게 된다.

또한 상기 실시예에서는 제어대상점에 배치된 제2센서에 의해 검출된 오차신호에 따라 필터계수열을 변경하는 적응능동소음소거제어를 나타내지만, 예컨대 압축기와 같이 거의 일정한 소음을 발생시키는 구동기를 대상으로 소음을 소거하는 경우 소음소거장치는 제6도에 도시된 바와 같이 구성하여도 된다.

제7도(a)에 파형주파수분석도로서 도시된 바와 같이 압축기(10)가 발생시키는 음은 압축기의 회전주파수 성분과 그 정수배의 주파수성분(r1, r2, r3,…)이 대부분이다. 그 반면에 일반적인 외란음은 제8도(a)에 도시된 바와 같이 광대역의 주파수 성분을 포함하고 있다. 제6도에 도시된 제3실시예는 이 점에 착안하고 있다. 즉 제3실시예에 의하면 제1센서로 검출된 입력신호에 필터계수열을 곱해서 제어신호를 발생시키는 점은 상기 제1실시예와 동일하지만, 필터계수열로서 압축기(첫째 )의 회전주파수를 기준으로 한 특정 주파수에 관한 것만을 사용함으로써 상기 주파수 이외의 주파수를 갖는 외란음에 의한 영향을 회피하도록 구성되어 있다.

제3실시예의 요지를 주파수영역표시의 전달함수로서 설명하면 압축기의 주파수중 대부분의 주파수성분인 r1, r2, r3,… 에 대응되는 음향전달함수성분[h1, h2, h3, …, 제7도(b)]만을 사용하여 필터계수열을 결정하고 있다. 따라서 압축기로부터 발생되는 음에 대한 스피커로부터 발생되는 제어음은 제7도(c)에 도시된 바와 같이 되어 외란음에 대응되는 이른바 제어음은 제8도(c)에 도시된 바와 같이 된다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시예에 있어서 소음소거장치는 외란음의 대부분의 주파수에 응답하지 않는다. 또한 소음소거장치가 응답하는 외란음의 주파수성분도 이산될 수 있기 때문에 음향효과에는 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 실시예에 의하면 외란음에 의해 오동작이 되지 않고 안정된 소음소거제어가 가능한 소음소거장치를 제공할 수 있게 된다.

제6도에 도시된 바와 같은 제3실시예에 따른 소음소거장치는 소음발생원으로서의 압축기(10) 근방에서 방(12)내에 설치된 제1센서(22)를 구비하고 있다. 그리고 센서(22)에 의해 검출된 소음은 전기신호로 변환되어 증폭기(23)와 A/D변환기(24)를 매개로 신호처리장치(25)에 입력된다. 상기 전기신호는 처리장치(25)에 의해 연산되어 제어신호로 변환된 다음에 D/A변환기(29)와 오디오용 증폭기(34)를 매개로 스피커(30)에 입력된다. 따라서 스피커(30)로부터의 발생음에 의해 제어대상점인 출입구(13)에서의 소음이 소거된다.

상기 신호처리장치(25)에서의 연산방식으로서는 상술한 제1실시예와 마찬가지로 처리장치의 레지스터중에 시간영역의 모양(즉 임펄스응답함수의 모양)으로 미리 설정되어 있는 필터계수열 h(i)를 FIR필터로서 사용하는 FIR방식이 채용되고 있다. 그리고 상기 신호처리장치(25)는 변환기(24)로부터 이산데이터로서의 입력신호가 전송될 때마다 필터계수열을 그 선두값으로부터 입력신호에 곱한다. 이 연산이 1번 종료될 때마다 입력신호를 시프트하여 필터계수를 다시 곱한 다음에 앞서 구한 연산결과를 더한다. 이러한 연산[즉 (5)식에 기초한 연산]으로부터 시간영역에서의 콘볼루션, 즉 제어신호 S2(n)가 산출된다.

여기서 상술한 바와 같이 신호처리장치(25)에 설정되어 있는 필터계수열은 주파수영역에서 볼 때에 제7도(a)에 도시된 바와 같이 압축기(10)의 회전주파수 및 그 정수배의 주파수(즉 압축기의 회전주파수)에 대응되어 특정 주파수성분만을 포함하고 있다. 이와 같은 필터계수열은 다음과 같이 구해진다.

먼저 제9도에 도시된 바와 같이 소음소거장치의 스피커(30)을 증폭기(36)를 매개로 화이트노이즈발생장치 또는 스윕발진기(38)와 접속한다. 그리고 상기 스피커(30)에 전송되는 신호(S)를 기준신호로 하고 제1센서(22)에서 검출된 신호(D) 및 제어대상점(13)에 배치된 제2센서(40; 예컨대 마이크로폰)에 의해 검출된 신호(P)를 응답신호로 한다. 이들 신호(S, D, P)를 전달함수측정장치[42; 다중 채널 FFT에널라이저(analyzer)]에 입력함으로써 스피커(30)로부터 제1센서(22)까지와 스피커(30)로부터 마이크로폰(40)까지의 음향전달함수(GSD, GSP)를 각각 구한다. 그리고 이들 음향전달함수(GSD, GSP)에서 제어대상점(13)으로부터 제1센서(22)까지의 음향전달함수(GPD)를 구한다. 여기서 상술한 (3)식을 변경하면

로 된다. 이 (8)식을 상기 전달함수의 기호를 사용하여 고쳐 쓰면

로 된다. 그리고 이들 GSD, GSP, GPD의 값으로부터 필터계수에 상당하는 전달함수가 주파수영역표시형태로 구해진다.

이렇게 구해진 전달함수가 제7도(a)에 도시된 바와 같은 모양인 경우, 이들 전달함수중 압축기(10)의 회전주파수 및 그 정수배의 주파수에 상당하는 성분만 남기고 다른 성분을 제로로 두어 제7도(b)에 도시된 바와 같이 이산적인 모양의 전달함수성분(h1, h2, h3, …)을 구한다. 이렇게 구해진 전달함수성분을 역푸리에변환하여 임펄스응답함수모양으로 변환하면 신호처리장치(25)에 설정되는 필터계수열의 값이 얻어진다.

상기 제3실시예에서는 임펄스응답함수의 특성이 압축기의 발생음의 주파수에 대응해서 1점마다 예컨대 5Hz, 100Hz, 150Hz,…로 응답하도록 설정되어 있다. 그러나 압축기인 경우 항상 일정한 회전수로 회전하는 것이 아니기 때문에 부하조건에 의해 회전수가 다소 변화된다. 여기서 제10도에 도시된 바와 같이 임펄스 응답함수에 예컨대 폭이 49∼51Hz, 98∼102Hz, 147∼153Hz인 특성을 갖도록 하여도 된다. 이와 같이 응답 주파수에 폭을 갖도록 하여 압축기의 회전수의 변화에 따른 발생음의 주파수가 변화되어도 좋은 소음소거제어를 행할 수 있게 된다.

또한 제3실시예에 있어서 압축기음의 주파수에 대응된 이산적인 전달함수성분을 구해 이것을 역푸리에변환하여 임펄스응답함수모양으로 하고, FIR필터방식을 이용하여 스피커에 전송되는 제어신호(즉 시계열데이터)를 얻도록 하고 있다. 그러나 주파수영역표시의 전달함수성분을 그대로 이용하여 제어신호를 얻도록 하여도 된다. 이 경우 제11도에 도시된 바와 같이 제1센서에 의해 검출된 입력신호를 푸리에변환하여 주파수영역의 데이터로 한 것을 신호처리장치에 설정되어 있는 전달함수성분과 곱한다. 그리고 상기 얻어진 데이터열을 역푸리에변환하여 시계열신호로 바꾼 다음에 스피커에 입력하면 된다. 더욱이 이 경우에는 데이터가 샘플포인트수만큼 모인 다음에 연산이 이루어지게 되어 시간적인 지연이 생기지 않게 된다. 따라서 압축기의 회전에 동기된 트리거신호를 만들고 이 트리거신호에 의해 스피커로부터 발생하는 타이밍을 제어할 필요가 있다. 이와 같은 방식에 있어서도 제3실시예와 마찬가지로 외란음의 영향을 받지 않고 제어대상점에서의 소음소거를 양호하게 행할 수 있게 된다.

그리고 이 방식에 있어서도 전달함수성분에 폭이 49∼51Hz, 98∼102Hz, 147∼153Hz인 특성을 갖게 함으로써 압축기회전수의 변화에 따른 발생음의 주파수가 다소 변화되어도 양호한 소음소거제어를 행할 수 있게 된다.

더욱이 상기 여러 가지 실시예에서는 소음발원으로서 압축기를 이용하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 구동기기로부터 발생되는 소음의 소거에도 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 방안에 설치된 압축기로부터 발생되는 음의 소거에 한정되지 않고 예컨대 냉장고압축기의 소음소거에도 적용할 수 있다.

Claims (24)

1. 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거장치에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제1센서와, 이 제1센서로부터의 전기신호에 소정의 계수열을 곱해 제어신호를 만드는 신호처리수단, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 없애는 발음수단 및, 상기 제어대상점에서의음을 검출하고 전기신호로 변환하여 상기 신호처리수단에 입력하는 제2센서를 구비하여 구성되고, 상기 신호처리수단은 상기 제2센서에서 검출된 전기신호에 따라 상기 계수열을 변경하는 적응능동제어수단과, 미리 정해진 조건에 기초해서 상기 적응능동제어수단을 동작시키는 제1제어운전상태와 상기 계수열을 변화시키지 않는 제2제어운전상태를 선택하는 선택수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 선택수단은 현재 설정되어 있는 상기 계수열과 앞서 설정되어 있던 계수열의 차에 기초해서 상기 제2제어운전상태로부터 제1제어운전상태로 절환하는 빈도를 결정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 선택수단은 작동개시 시작으로부터의 경과시간에 따라 상기 제2제어운전상태로부터 제1제어운전상태로 절환하는 빈도를 결정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 선택수단은 상기 구동기기의 운전상태에서는 주위의 음향전달함수의 변화에 따라 상기 제2제어운전상태로부터 제1제어운전상태로 절환하는 빈도를 결정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 구동기기의 운전정지명령 및 운전재개명령을 상기 신호처리수단에 인가하는 제어장치를 더 구비하여 구성되고, 상기 신호처리수단은 상기 운전정지명령을 받았을 때 상기 계수열을 기억유지함과 더불어 상기 운전재개명령을 받았을 때 상기 기억유지되어 있는 계수열을 초기치로서 출력하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 소음소거장
6. 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거장치에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제1센서와, 이 제1센서로부터 전기신호에 소정의 계수열을 곱해 제어신호를 만드는 신호처리수단, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 소거하는 발음수단 및, 상기 제어대상점에서의 음을 검출하고 전기신호로 변환하여 상기 신호처리수단에 입력하는 제2센서를 구비하여 이루어지고, 상기 신호처리수단은 상기 제2센서에 의해 검출된 전기신호에 따라 상기 계수열을 변경하는 적응능동제어수단과, 미리 정해진 조건에 기초해서 상기 계수열의 변경빈도를 조정하는 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 조정수단은{

   

   여기서 h_m은 전회의 계수열, h_m-1은 그 전전회의 계수열, N은 판정회수, ε은 정수}에 기초해서 상기 계수열의 갱신을 판정하는 판정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
8. 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거장치에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제1센서와, 이 제1센서로부터의 전기신호에 소정의 주파수열을 곱게 제어신호를 만드는 신호처리수단, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 없애는 발음수단, 상기 제어대상점에서의 음을 검출하고 전기신호로 변환하여 상기 신호처리수단에 입력하는 제2센서 및, 상기 구동기기의 운전정지명령과 운전개시명령을 상기 신호처리수단에 인가하는 제어장치를 구비하여 구성되고, 상기 신호처리수단은 상기 제2센서에 의해 검출된 전기신호에 따라 상기 계수열을 변경하는 즉응능동제어수단과, 상기 운전 정지명령을 받은 경우 그 때의 상기 계수열을 기억유지하는 한편 상기 운전재개명령을 받은 경우 상기 기억유지되어 있는 계수열을 초기치로서 출력하는 출력수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
9. 소정 구동주파수를 갖는 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하여 소음소거장치에 있어서, 상기 구동장치로부터 발생된 소음을 검출하여 시계열신호로 변환하는 제1센서와, 상기 구동기기의 구동주파수를 기준으로 하는 특정 주파수에만 응답하는 임펄스응답함수를 보유하고 상기 제1센서로부터의 시계열신호와 상기 임펄스응답함수를 곱해서 제어신호를 만드는 신호처리수단 및, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 없애는 발음수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
10. 제9항에 있어서, 임펄스응답함수는 상기 구동주파수 및 그 정수배의 주파수성분에 대응되는 음향전달함수성분을 구해 이들 음향전달함수성분을 역푸리에변환하여 구하는 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 임펄스응답함수는 상기 구동주파수와 그 정수배의 주파수성분 및 이들 주파수를 기준으로 한 소정 주파수변동폭내에 있는 주파수성분에 대응하는 음향전달함수성분을 구해 이들 음향전달함수성분을 역푸리에변환하여 구해지는 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
12. 소정의 구동주파수를 갖는 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거장치에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하고 시계열신호로 변환하는 제1센서와, 상기 구동기기의 구동주파수를 기준으로 하는 특정 주파수의 음향전달함수성분을 보유하고 있음과 더불어 상기 제1센서로부터의 시계열신호를 푸리에변환하여 주파수영역신호로 변환하고 이 주파수영역신호와 상기 음향전달함수성분을 곱한 후 역푸리에변환하여 시계열제어신호를 만드는 신호처리수단 및, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 없애는 발음수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 음향전달함수성분은 상기 구동주파수와, 그 정수배의 주파수성분 및, 이들의 주파수를 기준으로 한 소정 주파수변동폭내에 있는 주파수성분과 대응되는 성분만을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소음소거장치.
14. 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거방법에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제1변환행정과, 않기 전기신호와 소정 주파수열을 곱해 제어신호를 발생시키는 제어신호발생행정, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 없애는 행정 및, 상기 제어대상점에서의 음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제2변환행정을 구비하여 이루어지고, 상기 제어신호발생행정은 제2변환행정에서 검출된 전기신호에 따라 상기 계수열을 변경하는 적응능동제어와 상기 계수열을 불변으로 하는 능동제어를 미리 정해진 조건에 기초해서 선택하는 선택행정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 선택행정은 현재 설정되어 있는 상기 계수열과 앞서 설정되어 있던 계수열의 차에 기초해서 상기 능동제어로부터 적응능동제어로 절환하는 빈도를 결정하는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 선택행정은 작동개시의 시작으로부터의 시간경과에 따라 상기 능동제어로부터 적응능동제어로의 절환빈도를 결정하는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 선택행정은 상기 구동기기의 운전상태 또는 주위의 음향전달함수의 변화에 따라 상기 능동제어로부터 적응능동제어로의 절환빈도를 결정하는 행정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
18. 제14항에 있어서, 상기 제어신호발생행정은 상기 구동기기의 운전정지명령을 받은 때 그 때의 상기 계수열을 기억유지하는 행정과, 상기 구동기기의 운전재개명령을 받은 때 상기 기억유지되어 있던 계수열을 초기치로서 출력하는 행정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
19. 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거방법에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제1변환행정과, 상기 전기신호와 소정의 주파수열을 곱해 제어신호를 발생시키는 행정, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 없애는 행정, 상기 제어대상점에서의 음을 검출하여 전기신호로 변환하는 제2변환행정 및, 이 제2변환행정에서 검출된 전기 신호에 따라 상기 계수열을 변경하는 변경행정을 구비하여 구성되고, 상기 변경행정은 미리 정해진 조건에 기초해서 상기 계수열을 변경하는 빈도를 조정하는 행정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 계수열의 변경빈도는 식{

    

    여기서 h_m은 전회의 계수열, h_m-1은 그 전전회의 계수열, N은 판정회수, ε은 정수}에 기초해서 판정되는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
21. 상기 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거방법에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 전기신호로 변환하는 변경행정과, 상기 전기신호와 소정의 계수열을 곱해 제어신호를 발생시키는 행정, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 소거하는 행정을 구비하여 구성되고, 상기 구동기기의 운전정지명령을 받은 때 그 때의 상기 계수열을 기억유지하는 행정 및, 상기 구동기기의 운전재개명령을 받은 때 그때의 상기 기억유지되어 있던 계수열을 초기치로서 출력하는 행정으로 구성된 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
22. 소정의 구동주파수를 갖는 구동기기로부터 발생되는 소음중 소정의 제어대상점에 도달하는 소음을 소거하는 소음소거방법에 있어서, 상기 구동기기로부터 발생된 소음을 검출하여 계수열신호로 변환하는 행정과, 상기 구동기기의 구동주파수를 기준으로 하는 특정 주파수에만 응답하는 임펄스응답함수를 상기 센서로부터의 시계열신호와 곱해서 제어신호를 발생시키는 행정 및, 상기 제어신호에 기초해서 상기 소음과 간섭하는 음파를 발생시켜 상기 제어대상점에서의 소음을 소거하는 행정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 임펄스응답함수는 상기 구동주파수 및 그 정수배의 주파수성분에 대한 음향 전달함수를 구해 이들의 음향전달함수성분을 역푸리에변환함으로써 구해지는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.
24. 제22항에 있어서, 상기 임펄스응답함수는 상기 구동주파수와, 그 정수배의 주파수성분 및, 이들 주파수를 기준으로 한 소정 주파수변동폭내에 있는 주파수성분과 대응되는 음향전달함수성분을 구해 이들 음향전달함수성분을 역푸리에변환함으로써 구해지는 것을 특징으로 하는 소음소거방법.

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