JP3580972B2 - 能動振動抑制装置 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィードフォワード制御とフィードバック制御を併合した２自由度型の能動振動抑制装置に関し、さらに詳細には、フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期とフィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期を異ならせた能動振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書における「振動」の語は「騒音」も含めた意味で使用する。
【０００３】
従来、フィードフォワード制御を前提として周波数帯域毎にサンプリング周波数を変えて制御性能の向上を図って、音場内の振動を抑制する能動振動抑制装置がある。
【０００４】
振動抑制のために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを用いた２自由度型の能動振動抑制装置が知られている。たとえば図３に示す如くである。図３に示したように、音場Ｒ内に設けた振動打ち消しのためのスピーカ４から音場Ｒ内の消音点に設置されたマイクロフォン５までをプラントとみなし、振動検出器１からの出力信号を参照信号として入力するフィードフォワードコントローラ２とマイクロフォン５にて検出した残留音信号を入力とするフィードバックコントローラ６とを備え、フィードフォワードコントローラ２からの出力を演算器３に供給して、フィードバックコントローラ６からの出力を演算器３にてフィードフォワードコントローラ２の出力に加算し、演算器３の出力によってスピーカ４を駆動して消音点の振動を抑制している。
【０００５】
この場合、プラント入力すなわちスピーカ４の入力は、参照信号と残留信号との２つの独立した信号の関数であることが許容されるため２自由度コントローラと呼ばれている。
【０００６】
上記した能動振動抑制装置において、フィードフォワードコントローラ２に出力される参照信号の標本化の周期およびフィードバックコントローラ６に入力される残留音信号の標本化の周期の上界はサンプリング定理を満たす周期である必要があるが、標本化の周期の下界についてはサンプリング定理に対応するようなものは存在しない。
【０００７】
一方、フィードフォワード制御においては、因果律を満たすために参照信号の標本化の周期は短い程よいとされ、フィードバック制御においてはフィードバックする速度が速い程よいということから残留音信号の標本化の周期は短い程よいとされて、共に短い周期に設定されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィードフォワード制御部へ入力する入力信号の標本化の周期を短くし、フィードバック制御部へ入力する入力信号の標本化の周期を短くすると、離散時間システムの極がＺ平面の単位円上のＺ＝１に近づき、同定問題が数値的に悪条件となって、数値計算上の問題からフィードフォワード制御の性能が劣化するという問題点があった。
【０００９】
また、これを解決するために入力信号の標本化の周期を長くすると、フィードフォワード制御の性能はよくなるが、フィードバック制御の性能が劣化するという問題点が発生する。
【００１０】
本発明はかかる相反する条件を満たして音場における消音量が大きくできる能動振動抑制装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる能動振動抑制装置は、振動発生源からの振動に基づく参照信号を発生する第１振動検出手段と、音場内に設けた振動源と、前記音場内に設けられて該音場内の振動を検出する検出手段と、前記参照信号を入力して前記音場内の振動を抑制するためのフィードフォワード制御部と、前記検出手段から出力される信号を受けて前記音場内の振動を抑制するためのフィードバック制御部と、フィードフォワード制御部からの出力信号とフィードバック制御部からの出力信号とを加算してその加算出力で前記振動源を駆動する加算手段とを備え、前記フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期を前記フィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期よりも長くすると共に、前記フィードフォワード制御部に入力される信号は、前記参照信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを間引き回路によって間引くことによって生成し、前記フィードバック制御部に入力される信号は、前記検出手段の出力を前記参照信号のＡ／Ｄ変換と同一の標本化の周期でＡ／Ｄ変換して生成したことを特徴とする。この場合、前記フィードフォワード制御部を制御する信号は、前記フィードバック制御部に入力される信号を、前記間引き回路とは異なる他の間引き回路で間引くことによって生成する。
【００１２】
本発明にかかる能動振動抑制装置は、フィードフォワード制御部に入力される入力信号の標本化の周期をフィードバック制御部に入力される入力信号の標本化の周期よりも長くしたため、フィードフォワード制御の性能はよくなり、かつフィードバック制御の性能もよくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる能動振動抑制装置を実施の形態によって説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
振動発生源からの振動に基づく参照信号を発生する振動検出器１によって検出し、参照信号はエイリアシング防止のためのローパスフィルタ２１に供給して高域周波数成分を制限し、ローパスフィルタ２１からの出力信号はＡ／Ｄ変換器２２に供給してデジタルデータに変換する。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換器２２から出力されたデジタルデータはサンプリングデータ間引きのためのローパスフィルタ２３に供給し、ローパスフィルタ２３の出力デジタルデータを間引き回路２４に供給してサンプリングデータを間引く。したがって、間引き回路２４から出力されるデジタルデータの標本化の周期は長い状態に変換されている。
【００１７】
間引き回路２４からの出力は適応デジタルフィルタからなるフィードフォワードコントローラ２に供給し、フィードフォワードコントローラ２からの出力デジタルデータは補間回路２６に供給して間引き回路２４による間引き部分を補間し、補間用のローパスフィルタ２７を介して出力する。
【００１８】
ローパスフィルタ２７からの出力デジタルデータは演算器３に供給して後記のフィードバックコントローラ６からの出力デジタルデータを減算し、演算器３からの演算出力デジタルデータはＤ／Ａ変換器２８に供給してアナログ信号に変換し、平滑のためのローパスフィルタ２９を介して送出して音場Ｒ内に設けたスピーカ４を駆動する。スピーカ４からは、振動検出器１によって振動が検出される振動発生源による音場Ｒ内の振動と逆位相の振動を発生して、音場Ｒ内の振動を抑制する。
【００１９】
一方、音場Ｒ内の消音点に設けたマイクロフォン５によって消音点の振動を検出する。ここで、スピーカ４からマイクロフォン５まではプラントとみなし、振動検出器１によって振動が検出される振動発生源による消音点の振動とスピーカ４によって発生させられた振動との差が残留音としてマイクロフォン５によって検出される。
【００２０】
残留信号であるマイクロフォン５からの出力信号はエイリアシング防止のためのローパスフィルタ６１に供給して高域周波数成分を制限し、ローパスフィルタ６１からの出力信号はＡ／Ｄ変換器６２に供給してデジタルデータに変換し、フィードバックコントローラ６に供給し、フィードバックコントローラ６からの出力デジタルデータは演算器３に供給してローパスフィルタ２７からの出力デジタルデータから減算する。ここで、Ａ／Ｄ変換器２２における標本化の周期とＡ／Ｄ変換器６２における標本化の周期とは等しく設定してあり、フィードバックコントローラ６は、プラントの伝達関数に基づく伝達関数に伝達関数が固定されたデジタルフィルタから構成してある。
【００２１】
したがって、フィードフォワードコントローラ２に入力される入力信号の標本化の周期は、フィードバックコントローラ６に入力される入力信号の標本化の周期よりも長く設定された状態となっている。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器６２から出力されたデジタルデータはサンプリングデータ間引きのためのローパスフィルタ６４に供給し、ローパスフィルタ６４からの出力デジタルデータは間引き回路６５に供給して、ローパスフィルタ６４からの出力デジタルデータを間引いて、出力によってフィードフォワードコントローラ２のフィルタ係数を制御する。
【００２３】
この場合に、間引き回路６５による間引きの結果、間引き回路６５から出力されるデジタルデータの標本化の周期と間引き回路２４から出力されるデジタルデータの標本化の周期とは同一になるように設定してある。
【００２４】
したがって、フィードフォワードコントローラ２に入力される信号の標本化の周期はフィードバックコントローラ６に入力される信号の標本化の周期よりも長くされている。
【００２５】
上記のように構成された本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置は２自由度型の能動振動抑制装置であって、フィードフォワードコントローラ２からの出力信号とフィードバックコントローラ６からの出力信号とによって音場の振動が抑制される。
【００２６】
横軸に周波数を縦軸にとり、音圧レベルをとった図２によって本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の作用を説明する。
【００２７】
仮に、フィードフォワードコントローラ２のみによる振動抑制の場合は、図２（ａ）において実線で示す振動に対して、入力信号の標本化の周期が短い場合は図２（ａ）において２点鎖線に示すように抑制され、入力信号の標本化の周期が長い場合は図２（ａ）において破線に示すように抑制される。
【００２８】
また、フィードバックコントローラ６のみによる振動抑制の場合は、図２（ｂ）において実線で示す振動に対して、入力信号の標本化の周期が短い場合は図２（ｂ）において２点鎖線に示すように抑制され、入力信号の標本化の周期が長い場合は図２（ｂ）において破線に示すように抑制される。
【００２９】
上記説明したように、フィードフォワードコントローラ２とフィードバックコントローラ６とを併合した本発明の実施の一形態にかかる２自由度型の能動振動抑制装置による振動抑制の場合は、図２（ｃ）において実線で示す振動に対して、フィードフォワードコントローラ２とフィードバックコントローラ６と共に、入力信号の標本化の周期が短い場合は図２（ｃ）において２点鎖線に示すように抑制され、フィードフォワードコントローラ２の入力信号の標本化の周期が長く１ｍｓｅｃで、かつフィードバックコントローラ６の入力信号の標本化の周期が短く０．１ｍｓｅｃの場合は図２（ｃ）において破線に示すように抑制される。
【００３０】
これからも明らかなように、フィードフォワードコントローラ２の入力信号の標本化の周期が長く１ｍｓｅｃで、かつフィードバックコントローラ６の入力信号の標本化の周期が短く０．１ｍｓｅｃの場合は良好に振動抑制が行われる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる能動振動抑制装置によれば、フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期をフィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期よりも長くしたため、フィードフォワード制御による消費量とフィードバック制御による消音量とをそれぞれ大きくすることができて、２自由度型の能動振動抑制装置本来の制御性能の長所が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の作用の説明に供する振動抑制の特性図である。
【図３】従来の能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 振動検出器
２ フィードフォワードコントローラ
３ 演算器
４ スピーカ
５ マイクロフォン
６ フィードバックコントローラ
２１、２３、２７、２９、６１、６４ ローパスフィルタ
２２、６２ Ａ／Ｄ変換器
２４、６５ 間引き回路
２６ 補間回路
２８ Ｄ／Ａ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明はフィードフォワード制御とフィードバック制御を併合した２自由度型の能動振動抑制装置に関し、さらに詳細には、フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期とフィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期を異ならせた能動振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書における「振動」の語は「騒音」も含めた意味で使用する。
【０００３】
従来、フィードフォワード制御を前提として周波数帯域毎にサンプリング周波数を変えて制御性能の向上を図って、音場内の振動を抑制する能動振動抑制装置がある。
【０００４】
振動抑制のために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを用いた２自由度型の能動振動抑制装置が知られている。たとえば図３に示す如くである。図３に示したように、音場Ｒ内に設けた振動打ち消しのためのスピーカ４から音場Ｒ内の消音点に設置されたマイクロフォン５までをプラントとみなし、振動検出器１からの出力信号を参照信号として入力するフィードフォワードコントローラ２とマイクロフォン５にて検出した残留音信号を入力とするフィードバックコントローラ６とを備え、フィードフォワードコントローラ２からの出力を演算器３に供給して、フィードバックコントローラ６からの出力を演算器３にてフィードフォワードコントローラ２の出力に加算し、演算器３の出力によってスピーカ４を駆動して消音点の振動を抑制している。
【０００５】
この場合、プラント入力すなわちスピーカ４の入力は、参照信号と残留信号との２つの独立した信号の関数であることが許容されるため２自由度コントローラと呼ばれている。
【０００６】
上記した能動振動抑制装置において、フィードフォワードコントローラ２に出力される参照信号の標本化の周期およびフィードバックコントローラ６に入力される残留音信号の標本化の周期の上界はサンプリング定理を満たす周期である必要があるが、標本化の周期の下界についてはサンプリング定理に対応するようなものは存在しない。
【０００７】
一方、フィードフォワード制御においては、因果律を満たすために参照信号の標本化の周期は短い程よいとされ、フィードバック制御においてはフィードバックする速度が速い程よいということから残留音信号の標本化の周期は短い程よいとされて、共に短い周期に設定されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィードフォワード制御部へ入力する入力信号の標本化の周期を短くし、フィードバック制御部へ入力する入力信号の標本化の周期を短くすると、離散時間システムの極がＺ平面の単位円上のＺ＝１に近づき、同定問題が数値的に悪条件となって、数値計算上の問題からフィードフォワード制御の性能が劣化するという問題点があった。
【０００９】
また、これを解決するために入力信号の標本化の周期を長くすると、フィードフォワード制御の性能はよくなるが、フィードバック制御の性能が劣化するという問題点が発生する。
【００１０】
本発明はかかる相反する条件を満たして音場における消音量が大きくできる能動振動抑制装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる能動振動抑制装置は、振動発生源からの振動に基づく参照信号を発生する第１振動検出手段と、音場内に設けた振動源と、前記音場内に設けられて該音場内の振動を検出する検出手段と、前記参照信号を入力して前記音場内の振動を抑制するためのフィードフォワード制御部と、前記検出手段から出力される信号を受けて前記音場内の振動を抑制するためのフィードバック制御部と、フィードフォワード制御部からの出力信号とフィードバック制御部からの出力信号とを加算してその加算出力で前記振動源を駆動する加算手段とを備え、前記フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期を前記フィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期よりも長くすると共に、前記フィードフォワード制御部に入力される信号は、前記参照信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを間引き回路によって間引くことによって生成し、前記フィードバック制御部に入力される信号は、前記検出手段の出力を前記参照信号のＡ／Ｄ変換と同一の標本化の周期でＡ／Ｄ変換して生成したことを特徴とする。この場合、前記フィードフォワード制御部を制御する信号は、前記フィードバック制御部に入力される信号を、前記間引き回路とは異なる他の間引き回路で間引くことによって生成する。
【００１２】
本発明にかかる能動振動抑制装置は、フィードフォワード制御部に入力される入力信号の標本化の周期をフィードバック制御部に入力される入力信号の標本化の周期よりも長くしたため、フィードフォワード制御の性能はよくなり、かつフィードバック制御の性能もよくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる能動振動抑制装置を実施の形態によって説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
振動発生源からの振動に基づく参照信号を発生する振動検出器１によって検出し、参照信号はエイリアシング防止のためのローパスフィルタ２１に供給して高域周波数成分を制限し、ローパスフィルタ２１からの出力信号はＡ／Ｄ変換器２２に供給してデジタルデータに変換する。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換器２２から出力されたデジタルデータはサンプリングデータ間引きのためのローパスフィルタ２３に供給し、ローパスフィルタ２３の出力デジタルデータを間引き回路２４に供給してサンプリングデータを間引く。したがって、間引き回路２４から出力されるデジタルデータの標本化の周期は長い状態に変換されている。
【００１７】
間引き回路２４からの出力は適応デジタルフィルタからなるフィードフォワードコントローラ２に供給し、フィードフォワードコントローラ２からの出力デジタルデータは補間回路２６に供給して間引き回路２４による間引き部分を補間し、補間用のローパスフィルタ２７を介して出力する。
【００１８】
ローパスフィルタ２７からの出力デジタルデータは演算器３に供給して後記のフィードバックコントローラ６からの出力デジタルデータを減算し、演算器３からの演算出力デジタルデータはＤ／Ａ変換器２８に供給してアナログ信号に変換し、平滑のためのローパスフィルタ２９を介して送出して音場Ｒ内に設けたスピーカ４を駆動する。スピーカ４からは、振動検出器１によって振動が検出される振動発生源による音場Ｒ内の振動と逆位相の振動を発生して、音場Ｒ内の振動を抑制する。
【００１９】
一方、音場Ｒ内の消音点に設けたマイクロフォン５によって消音点の振動を検出する。ここで、スピーカ４からマイクロフォン５まではプラントとみなし、振動検出器１によって振動が検出される振動発生源による消音点の振動とスピーカ４によって発生させられた振動との差が残留音としてマイクロフォン５によって検出される。
【００２０】
残留信号であるマイクロフォン５からの出力信号はエイリアシング防止のためのローパスフィルタ６１に供給して高域周波数成分を制限し、ローパスフィルタ６１からの出力信号はＡ／Ｄ変換器６２に供給してデジタルデータに変換し、フィードバックコントローラ６に供給し、フィードバックコントローラ６からの出力デジタルデータは演算器３に供給してローパスフィルタ２７からの出力デジタルデータから減算する。ここで、Ａ／Ｄ変換器２２における標本化の周期とＡ／Ｄ変換器６２における標本化の周期とは等しく設定してあり、フィードバックコントローラ６は、プラントの伝達関数に基づく伝達関数に伝達関数が固定されたデジタルフィルタから構成してある。
【００２１】
したがって、フィードフォワードコントローラ２に入力される入力信号の標本化の周期は、フィードバックコントローラ６に入力される入力信号の標本化の周期よりも長く設定された状態となっている。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器６２から出力されたデジタルデータはサンプリングデータ間引きのためのローパスフィルタ６４に供給し、ローパスフィルタ６４からの出力デジタルデータは間引き回路６５に供給して、ローパスフィルタ６４からの出力デジタルデータを間引いて、出力によってフィードフォワードコントローラ２のフィルタ係数を制御する。
【００２３】
この場合に、間引き回路６５による間引きの結果、間引き回路６５から出力されるデジタルデータの標本化の周期と間引き回路２４から出力されるデジタルデータの標本化の周期とは同一になるように設定してある。
【００２４】
したがって、フィードフォワードコントローラ２に入力される信号の標本化の周期はフィードバックコントローラ６に入力される信号の標本化の周期よりも長くされている。
【００２５】
上記のように構成された本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置は２自由度型の能動振動抑制装置であって、フィードフォワードコントローラ２からの出力信号とフィードバックコントローラ６からの出力信号とによって音場の振動が抑制される。
【００２６】
横軸に周波数を縦軸にとり、音圧レベルをとった図２によって本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の作用を説明する。
【００２７】
仮に、フィードフォワードコントローラ２のみによる振動抑制の場合は、図２（ａ）において実線で示す振動に対して、入力信号の標本化の周期が短い場合は図２（ａ）において２点鎖線に示すように抑制され、入力信号の標本化の周期が長い場合は図２（ａ）において破線に示すように抑制される。
【００２８】
また、フィードバックコントローラ６のみによる振動抑制の場合は、図２（ｂ）において実線で示す振動に対して、入力信号の標本化の周期が短い場合は図２（ｂ）において２点鎖線に示すように抑制され、入力信号の標本化の周期が長い場合は図２（ｂ）において破線に示すように抑制される。
【００２９】
上記説明したように、フィードフォワードコントローラ２とフィードバックコントローラ６とを併合した本発明の実施の一形態にかかる２自由度型の能動振動抑制装置による振動抑制の場合は、図２（ｃ）において実線で示す振動に対して、フィードフォワードコントローラ２とフィードバックコントローラ６と共に、入力信号の標本化の周期が短い場合は図２（ｃ）において２点鎖線に示すように抑制され、フィードフォワードコントローラ２の入力信号の標本化の周期が長く１ｍｓｅｃで、かつフィードバックコントローラ６の入力信号の標本化の周期が短く０．１ｍｓｅｃの場合は図２（ｃ）において破線に示すように抑制される。
【００３０】
これからも明らかなように、フィードフォワードコントローラ２の入力信号の標本化の周期が長く１ｍｓｅｃで、かつフィードバックコントローラ６の入力信号の標本化の周期が短く０．１ｍｓｅｃの場合は良好に振動抑制が行われる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる能動振動抑制装置によれば、フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期をフィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期よりも長くしたため、フィードフォワード制御による消費量とフィードバック制御による消音量とをそれぞれ大きくすることができて、２自由度型の能動振動抑制装置本来の制御性能の長所が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかる能動振動抑制装置の作用の説明に供する振動抑制の特性図である。
【図３】従来の能動振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 振動検出器
２ フィードフォワードコントローラ
３ 演算器
４ スピーカ
５ マイクロフォン
６ フィードバックコントローラ
２１、２３、２７、２９、６１、６４ ローパスフィルタ
２２、６２ Ａ／Ｄ変換器
２４、６５ 間引き回路
２６ 補間回路
２８ Ｄ／Ａ変換器
Claims (2)
- 振動発生源からの振動に基づく参照信号を発生する第１振動検出手段と、音場内に設けた振動源と、前記音場内に設けられて該音場内の振動を検出する検出手段と、前記参照信号を入力して前記音場内の振動を抑制するためのフィードフォワード制御部と、前記検出手段から出力される信号を受けて前記音場内の振動を抑制するためのフィードバック制御部と、フィードフォワード制御部からの出力信号とフィードバック制御部からの出力信号とを加算してその加算出力で前記振動源を駆動する加算手段とを備え、前記フィードフォワード制御部に入力される信号の標本化の周期を前記フィードバック制御部に入力される信号の標本化の周期よりも長くすると共に、前記フィードフォワード制御部に入力される信号は、前記参照信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを間引き回路によって間引くことによって生成し、前記フィードバック制御部に入力される信号は、前記検出手段の出力を前記参照信号のＡ／Ｄ変換と同一の標本化の周期でＡ／Ｄ変換して生成したことを特徴とする能動振動抑制装置。
- 請求項１記載の能動振動抑制装置において、前記フィードフォワード制御部を制御する信号は、前記フィードバック制御部に入力される信号を、前記間引き回路とは異なる他の間引き回路で間引くことによって生成したことを特徴とする能動振動抑制装置。
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH10214118A JPH10214118A (ja) | 1998-08-11 |
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ID=11930974
Family Applications (1)
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| JP01697197A Expired - Fee Related JP3580972B2 (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | 能動振動抑制装置 |
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| WO2009041012A1 (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Dimagic Co., Ltd. | ノイズ制御システム |
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| JP5630538B2 (ja) * | 2013-07-01 | 2014-11-26 | ソニー株式会社 | ノイズキャンセリングシステム |
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1997
- 1997-01-30 JP JP01697197A patent/JP3580972B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH10214118A (ja) | 1998-08-11 |
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