JP3906063B2 - 能動消音装置及び能動消音方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場で発生する騒音等の低減対象音を付加音源を用いて低減する能動消音装置及び能動消音方法に関し、特に空間における音響パワーを効率よく低減できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、工場で発生する騒音（低減対象音）を付加音源（制御音源）としてのスピーカから発生した制御音で低減する能動消音方法が知られている。このような能動消音方法においては、消音の評価には１つのマイクが用いられることが多かった。一方、２つのマイクを用いて算出される音響インテンシティを評価として用いて、空間の音響パワーを最小化する能動消音方法も知られている。
【０００３】
音響インテンシティを用いた能動消音方法(Journal of Sound and Vibration 1997 No.5 pp．595-611)では、ダクトを用いることで一次元の低減対象音制御問題に定式化したものであり、低減対象音源とそれをとりまく空間全体の低減対象音制御を目的とはしていない。
【０００４】
音響インテンシティを用いて空間全体の音響パワーの最小化を行う方法（特開平１０−１４９１７２）では、音響インテンシティを用いた空間の制御を行う原理を提示しているが、音響パワーを最小化するための音響インテンシティの計測について音響インテンシティプローブをどのように位置決めするかについての具体的記述はない。
【０００５】
音響インテンシティを計測するプローブを構成する２つのマイクの位置を変更することで空間の音響インテンシティベクトルを直接計測するような方法（特開平２−１６７４３７、特開平７−２４３９０５）は、二つのマイクをそれぞれどのように配置駆動するかについての手法であり２つのマイク一組を同時に位置決めする方法ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した音響インテンシティを用いた能動低減対象音方法であると次のような問題があった。すなわち、空間全体の音場を制御できないという原理の問題や、実際にどのような位置で音響インテンシティの計測を行うと空間の音響パワーを最小とすることができるかが不明であった。
【０００７】
そこで本発明は、空間の音響インテンシティを計測するプローブを最適な位置に位置決めすることで空間の音響パワーを最小とすることができる能動消音装置及び能動消音方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の能動消音装置及び能動消音方法は次のように構成されている。
【０００９】
（１）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを低減する能動消音装置において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測手段と、上記空間内に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、二つのマイクを有し上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測手段と、この音響インテンシティ計測手段を上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントに位置決めする音響インテンシティ計測装置駆動手段と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、上記低減対象音源は一つの音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記低減対象音源と上記付加音源とを結ぶ直線に直交し上記付加音源を通る直線上に位置し、上記音響インテンシティ計測手段は上記付加音源に向けられていることを特徴とする。
【００１０】
（２）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを低減する能動消音装置において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測手段と、上記空間内に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、二つのマイクを有し上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測手段と、この音響インテンシティ計測手段を上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントに位置決めする音響インテンシティ計測装置駆動手段と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、上記低減対象音源は同じ位相を有する同じ平面上に位置する複数の音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントを通る直線上に位置することを特徴とする。
【００１１】
（３）上記（２）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントは、上記付加音源を鳴らさない場合において上記付加音源を中心とする円上の各点における上記付加音源に向けた音響インテンシティ計測手段の計測結果から取捨選択して求めることを特徴とする。
【００１２】
（４）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを付加音源から出力される音波により低減する能動消音方法において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測行程と、上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントで上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測行程と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御行程とを備え、上記低減対象音源は一つの音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記低減対象音源と上記付加音源とを結ぶ直線に直交し上記付加音源を通る直線上に位置し、上記音響インテンシティ計測行程における計測は上記付加音源に向けて行うことを特徴とする能動消音方法。
【００１３】
（５）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを付加音源から出力される音波により低減する能動消音方法において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測行程と、上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントで上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測行程と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御行程とを備え、上記低減対象音源は同じ位相を有する同じ平面上に位置する複数の音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントを通る直線上に位置することを特徴とする。
（６）上記（５）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントは、上記付加音源を鳴らさない場合において上記付加音源を中心とする円上の各点における上記付加音源に向けた音響インテンシティ計測行程における計測結果から取捨選択して求めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る能動消音装置１０の構成を示す図、図２は能動消音装置１０に組み込まれた音響インテンシティプローブ装置３０を示す斜視図である。なお、図１中Ｐは低減対象音を発生する低減対象音源を示している。
【００１５】
能動消音装置１０は、低減対象音源Ｐの近傍に配置された検出装置（音源計測手段）２０と、音響インテンシティプローブ装置３０と、制御音を発生する音源部４０と、検出装置２０及び音響インテンシティプローブ３０からの出力に基づいて制御音源（付加音源）４２の出力を制御する制御部５０とを備えている。能動消音装置１０においては、制御音源４２から出力される制御音響パワーを最小化することが空間内の音響パワーを最小化することになる原理を利用するものである。
【００１６】
検出装置２０は、例えばマイクや加速度計等から構成されており、低減対象音源Ｐの振動低減対象音情報を検出し、検出器出力として出力する機能を有している。
【００１７】
音響インテンシティプローブ装置３０は、後述するスピーカ支持柱４１回りに配置されたプローブ駆動リング装置３１と、このプローブ駆動リング装置３１により回転可能に支持されるアーム３２と、このアーム３２を回転軸Ｃ回りに図中矢印Ｒ方向に沿って回転駆動させるモータ装置（音響インテンシティ計測装置駆動手段）３３と、アーム３２の先端に取り付けられた垂直柱３４と、この垂直柱３４の上端に取り付けられた音響インテンシティプローブ（音響インテンシティ計測手段）３５と、この音響インテンシティプローブ３５の出力を後述する音響インテンシティ演算部５１に入力するためのケーブル３６とを備えている。なお、音響インテンシティプローブ３５は、一対のマイク３５ａ，３５ｂから構成されており、その先端を対向させて設置されている。
【００１８】
音響インテンシティプローブ装置３０によれば、モータ装置３３を作動させることにより、音響インテンシティプローブ３５が音源部４０を取り囲むようにして位置決めすることができる。
【００１９】
音源部４０は、低減対象音源Ｐから所定の距離だけ離間して配置されたスピーカ支持柱４１と、このスピーカ支持柱４１に支持されるとともに後述する制御器演算部５３の出力に基づいて制御音を発生する全方向スピーカから構成された制御音源４２とを備えている。
【００２０】
制御部５０は、音響インテンシティプローブ３５の出力に基づいて音響インテンシティを算出する音響インテンシティ演算部５１と、音響インテンシティと振動低減対象音情報に基づいてフィルタ係数を更新する制御器フィルタ係数更新部５２と、検出器出力及びフィルタ係数が入力され、検出器出力にフィルタ係数を乗じる制御器演算部５３とを備えている。
【００２１】
このように構成された能動消音装置１０では、次のようにして空間内の音響パワーが最小となるように制御する。すなわち、モータ装置３３を作動させることにより、音響インテンシティプローブ３５を任意の計測ポイントに位置決めする。音響インテンシティプローブ３５からの出力は音響インテンシティ演算部５１に入力される。次に、モータ装置３３を作動させ、音響インテンシティプローブ３５を異なる計測ポイントに移動させ、同様に音響インテンシティプローブ３５からの出力を音響インテンシティ演算部５１に入力する。同様にして音響インテンシティプローブ３５が制御音源４２を取り囲む円周上の計測ポイントに次々に位置決めされ、そのときの出力を音響インテンシティ演算部５１に入力する。このとき得られた各音響インテンシティから、実際に制御に用いる計測ポイントを取捨選択する。
【００２２】
音響インテンシティ演算部５１では選択された計測ポイントにおける音響インテンシティプローブ３５の出力に基づいて音響インテンシティが算出され、制御器フィルタ係数更新部５２へ入力される。また、低減対象音源Ｐの振動低減対象音情報を検出した検出器出力は制御器フィルタ係数更新部５２及び制御器演算部５３に入力される。
【００２３】
制御器フィルタ係数更新部５２ではフィルタ係数が算出され、制御器演算部５３に入力される。制御器演算部５３では、検出器出力にフィルタ係数を乗じて、制御音源４２からの出力の制御を行う。これにより、空間の低減対象音制御が可能となる。
【００２４】
以下に具体的な計算方法を述べる。
【００２５】
現在の時刻をｋ、制御器フィルタ係数のフィルタ次数をＬとする。すなわち制御器フィルタ係数ＷはＬ個のデータをデータ列として有している。音源計測手段２０の出力を時系列データ列Ｘｋとする。この時系列データＸｋは現在から過去Ｌサンプル時間のデータをデータ列として有している。制御器演算部５３では式（１）の演算を行って制御音源４２の出力Ｙｋを算出する。
【００２６】
【数１】
【００２７】
制御器フィルタ係数更新部５２では次のようにしてフィルタ係数を更新する。制御音源４２から観測ポイントのインテンシティまでの音圧の伝達特性をｈとし、粒子速度の伝達特性をｇとする。この伝達特性は前もって計測しており、制御器フィルタ係数更新部５２ではこのブロックの特性をデータ列として有している。音源計測部２０からの時刻歴データ列Ｘｋは、制御器フィルタ係数更新部５２にも渡され、式（２）のようにｈ特性を付加されたｒｋ、同様に式（３）のようにｇ特性を付加されたｓｋが算出される。観測ポイントにおける音圧をｐｋ、粒子速度をｖｋ、現在時刻をｋ、インテンシティ演算のための次数をＭとすると、制御器フィルタ係数の更新のために必要なフィルタ係数Ｗの一要素Ｗｊは式（４）のように計算できる。このような演算によって計測ポイントにおける音響インテンシティは零に近づいていく。ここでμは零に近づけるときの速度を調節する係数である。
【００２８】
【数２】
【００２９】
音響インテンシティプローブ装置３０によれば、空間における高さの低減対象音分布が大きく変化していない場合には、水平面内において制御音源４２を中心点とする円周上に音響インテンシティプローブ３５を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の制御音響パワーを計測することができる。一方、高さの低減対象音分布が大きく変化する場合には鉛直平面内において制御音源４２を中心点とする円周上に音響インテンシティプローブ３５を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の制御音響パワーを計測することができる。
【００３０】
上述したように、本第１の実施の形態に係る能動消音装置１０によれば、制御音源４２から一定距離離間した円周上の計測ポイント上に音響インテンシティプローブ３５を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の放出する制御音響パワーを正確に計測することができる。このため、音響インテンシティを用いた能動消音を効率よく行うことができ、空間内の音響パワーを最小とすることが可能となる。
【００３１】
図３は円周上の計測ポイントにおいて音響インテンシティを計測するのではなく、球面上の計測ポイントにおいて音響インテンシティを計測するための音響インテンシティプローブ装置６０を示す説明図である。
【００３２】
音響インテンシティプローブ装置６０は、２軸ジンバル機構６１と、この２軸ジンバル機構６１に支持された音響インテンシティプローブ６２とを備えている。２軸ジンバル機構６１は、音源部４０の支持柱４１の周囲に設けられた支持部６１ａと、この支持部６１ａから鉛直方向に延設された支持柱６１ｂ，６１ｃと、これら支持柱６１ｂ，６１ｃに支持され、水平方向の軸Ｈ回りに図中矢印Ｇ方向に回転可能に支持された駆動リング６１ｄとを備えている。また、駆動リング６１ｄには、その内周に沿って図中矢印Ｊ方向に駆動可能な音響インテンシティプローブ６２が設けられている。音響インテンシティプローブ６２は、図示しない一対のマイクから形成されている。したがって、音響インテンシティプローブ６２は制御音源４２から一定距離離間した球面上の計測ポイントにおいて音響インテンシティを計測することが可能となる。
【００３３】
本変形例においては、制御音源４２から一定距離離間した球面上の計測ポイント上に音響インテンシティプローブ６２を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の放出する制御音響パワーを正確に計測することができる。このため、音響インテンシティを用いた能動消音を効率よく行うことができ、空間内の音響パワーを最小とすることが可能となる。
【００３４】
上述した能動消音装置１０において、空間内の音響パワーを最小化するためには、制御音源４２の放出する制御音源パワーと等価な意味をもつ特定の位置における特定方向の音響インテンシティを計測する必要があり、音響インテンシティプローブ装置３０，６０を用いて、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択する。この取捨選択の方法について以下に述べる。
【００３５】
図４は低減対象音源が１つの点としてみなせる場合を示す説明図である。すなわち、低減対象音源Ｐ１に対して制御音源４２はなるべく近接させて配置され、その低減対象音源Ｐと制御音源４２とを結ぶ線分Ｌ１に対して直交する線分Ｌ２上で制御音源４２に向けて音響インテンシティを計測することは、制御音源４２からの制御音源パワーを計測することと等価である。したがって、音源部４０のまわりで配置駆動される音響インテンシティプローブ３５，６２は、一点の音響インテンシティを計測するだけで制御音源パワーの計測が可能である。
【００３６】
一方、図５に示すように２つの低減対象音源Ｐ１、Ｐ２があり、それぞれ同相で駆動される点とみなせる場合を示す説明図である。すなわち、低減対象音源Ｐ１、Ｐ２に対して音源部４０は低減対象音源Ｐ１を制御対象とするならば、制御音源４２は低減対象音源Ｐ１になるべく近接させて配置され、低減対象音源Ｐ１と制御音源４２を結ぶ線分Ｌ３に直交する線分Ｌ４から所定の角度をもつ線分Ｌ５の上で制御音源４２に向けて音響インテンシティを計測することは、制御音源４２の制御音源パワーを計測することと等価となる。従って、この線分Ｌ５と制御音源４２を中心として持つ円との交点を探索する必要がある。
【００３７】
この所定の角度は次に述べる方法で算出することができる。制御音源４２を鳴らさない場合において、制御音源４２を中心として持つ円の上の各点において、制御音源４２を向く方向で音響インテンシティプローブ３５，６２を駆動して、円周上や球面上の各計測ポイントにおける音響インテンシティの計測を行うと、音響インテンシティが正も負もとらない零となるポイントが２点あらわれる。この２点の位置は制御音源４２を鳴らさない場合において音響インテンシティの吹き出しも吸い込みも起きていない場所であるから、低減対象音源Ｐ１とこの２点を結ぶベクトルの合成ベクトルに垂直で制御音源４２を通る直線がＬ５であり、この直線上で音響インテンシティを計測することで制御音源４２の放出する制御音源パワーと等価な意味をもつ特定の位置における特定方向の音響インテンシティを計測することが可能になる。
【００３８】
したがって、制御音源４２のまわりで配置駆動される音響インテンシティプローブ３５，６２は、配置駆動されて計測された各計測ポイントの音響インテンシティデータを用いて取捨選択された一点の計測ポイントにおける音響インテンシティを計測するだけで制御音源パワーの計測が可能となる。このような計測ポイントの取捨選択手法は、同相で駆動される点とみなせる音源の場合には、１点や２点といった音源の数に依存するものではない。
【００３９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、空間の音響インテンシティを計測するプローブを最適な位置に位置決めすることで空間の音響パワーを最小とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る能動消音装置の全体構成を示す図。
【図２】同能動消音装置に組み込まれた音響インテンシティプローブ装置を示す斜視図。
【図３】同音響インテンシティプローブ装置の変形例を示す図。
【図４】同能動消音装置における低減対象音源が１点である場合の計測ポイントを示す説明図。
【図５】同能動消音装置における低減対象音源が２点である場合の計測ポイントを示す説明図。
【符号の説明】
１０…能動消音装置
２０…制御部
３０…音響インテンシティプローブ装置
３５，６２…音響インテンシティプローブ
４０…音源部
４２…制御音源
５０…制御部
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…低減対象音源
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場で発生する騒音等の低減対象音を付加音源を用いて低減する能動消音装置及び能動消音方法に関し、特に空間における音響パワーを効率よく低減できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、工場で発生する騒音（低減対象音）を付加音源（制御音源）としてのスピーカから発生した制御音で低減する能動消音方法が知られている。このような能動消音方法においては、消音の評価には１つのマイクが用いられることが多かった。一方、２つのマイクを用いて算出される音響インテンシティを評価として用いて、空間の音響パワーを最小化する能動消音方法も知られている。
【０００３】
音響インテンシティを用いた能動消音方法(Journal of Sound and Vibration 1997 No.5 pp．595-611)では、ダクトを用いることで一次元の低減対象音制御問題に定式化したものであり、低減対象音源とそれをとりまく空間全体の低減対象音制御を目的とはしていない。
【０００４】
音響インテンシティを用いて空間全体の音響パワーの最小化を行う方法（特開平１０−１４９１７２）では、音響インテンシティを用いた空間の制御を行う原理を提示しているが、音響パワーを最小化するための音響インテンシティの計測について音響インテンシティプローブをどのように位置決めするかについての具体的記述はない。
【０００５】
音響インテンシティを計測するプローブを構成する２つのマイクの位置を変更することで空間の音響インテンシティベクトルを直接計測するような方法（特開平２−１６７４３７、特開平７−２４３９０５）は、二つのマイクをそれぞれどのように配置駆動するかについての手法であり２つのマイク一組を同時に位置決めする方法ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した音響インテンシティを用いた能動低減対象音方法であると次のような問題があった。すなわち、空間全体の音場を制御できないという原理の問題や、実際にどのような位置で音響インテンシティの計測を行うと空間の音響パワーを最小とすることができるかが不明であった。
【０００７】
そこで本発明は、空間の音響インテンシティを計測するプローブを最適な位置に位置決めすることで空間の音響パワーを最小とすることができる能動消音装置及び能動消音方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の能動消音装置及び能動消音方法は次のように構成されている。
【０００９】
（１）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを低減する能動消音装置において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測手段と、上記空間内に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、二つのマイクを有し上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測手段と、この音響インテンシティ計測手段を上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントに位置決めする音響インテンシティ計測装置駆動手段と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、上記低減対象音源は一つの音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記低減対象音源と上記付加音源とを結ぶ直線に直交し上記付加音源を通る直線上に位置し、上記音響インテンシティ計測手段は上記付加音源に向けられていることを特徴とする。
【００１０】
（２）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを低減する能動消音装置において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測手段と、上記空間内に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、二つのマイクを有し上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測手段と、この音響インテンシティ計測手段を上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントに位置決めする音響インテンシティ計測装置駆動手段と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、上記低減対象音源は同じ位相を有する同じ平面上に位置する複数の音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントを通る直線上に位置することを特徴とする。
【００１１】
（３）上記（２）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントは、上記付加音源を鳴らさない場合において上記付加音源を中心とする円上の各点における上記付加音源に向けた音響インテンシティ計測手段の計測結果から取捨選択して求めることを特徴とする。
【００１２】
（４）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを付加音源から出力される音波により低減する能動消音方法において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測行程と、上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントで上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測行程と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御行程とを備え、上記低減対象音源は一つの音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記低減対象音源と上記付加音源とを結ぶ直線に直交し上記付加音源を通る直線上に位置し、上記音響インテンシティ計測行程における計測は上記付加音源に向けて行うことを特徴とする能動消音方法。
【００１３】
（５）低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを付加音源から出力される音波により低減する能動消音方法において、上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測行程と、上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントで上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測行程と、上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御行程とを備え、上記低減対象音源は同じ位相を有する同じ平面上に位置する複数の音源からなり、上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントを通る直線上に位置することを特徴とする。
（６）上記（５）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントは、上記付加音源を鳴らさない場合において上記付加音源を中心とする円上の各点における上記付加音源に向けた音響インテンシティ計測行程における計測結果から取捨選択して求めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る能動消音装置１０の構成を示す図、図２は能動消音装置１０に組み込まれた音響インテンシティプローブ装置３０を示す斜視図である。なお、図１中Ｐは低減対象音を発生する低減対象音源を示している。
【００１５】
能動消音装置１０は、低減対象音源Ｐの近傍に配置された検出装置（音源計測手段）２０と、音響インテンシティプローブ装置３０と、制御音を発生する音源部４０と、検出装置２０及び音響インテンシティプローブ３０からの出力に基づいて制御音源（付加音源）４２の出力を制御する制御部５０とを備えている。能動消音装置１０においては、制御音源４２から出力される制御音響パワーを最小化することが空間内の音響パワーを最小化することになる原理を利用するものである。
【００１６】
検出装置２０は、例えばマイクや加速度計等から構成されており、低減対象音源Ｐの振動低減対象音情報を検出し、検出器出力として出力する機能を有している。
【００１７】
音響インテンシティプローブ装置３０は、後述するスピーカ支持柱４１回りに配置されたプローブ駆動リング装置３１と、このプローブ駆動リング装置３１により回転可能に支持されるアーム３２と、このアーム３２を回転軸Ｃ回りに図中矢印Ｒ方向に沿って回転駆動させるモータ装置（音響インテンシティ計測装置駆動手段）３３と、アーム３２の先端に取り付けられた垂直柱３４と、この垂直柱３４の上端に取り付けられた音響インテンシティプローブ（音響インテンシティ計測手段）３５と、この音響インテンシティプローブ３５の出力を後述する音響インテンシティ演算部５１に入力するためのケーブル３６とを備えている。なお、音響インテンシティプローブ３５は、一対のマイク３５ａ，３５ｂから構成されており、その先端を対向させて設置されている。
【００１８】
音響インテンシティプローブ装置３０によれば、モータ装置３３を作動させることにより、音響インテンシティプローブ３５が音源部４０を取り囲むようにして位置決めすることができる。
【００１９】
音源部４０は、低減対象音源Ｐから所定の距離だけ離間して配置されたスピーカ支持柱４１と、このスピーカ支持柱４１に支持されるとともに後述する制御器演算部５３の出力に基づいて制御音を発生する全方向スピーカから構成された制御音源４２とを備えている。
【００２０】
制御部５０は、音響インテンシティプローブ３５の出力に基づいて音響インテンシティを算出する音響インテンシティ演算部５１と、音響インテンシティと振動低減対象音情報に基づいてフィルタ係数を更新する制御器フィルタ係数更新部５２と、検出器出力及びフィルタ係数が入力され、検出器出力にフィルタ係数を乗じる制御器演算部５３とを備えている。
【００２１】
このように構成された能動消音装置１０では、次のようにして空間内の音響パワーが最小となるように制御する。すなわち、モータ装置３３を作動させることにより、音響インテンシティプローブ３５を任意の計測ポイントに位置決めする。音響インテンシティプローブ３５からの出力は音響インテンシティ演算部５１に入力される。次に、モータ装置３３を作動させ、音響インテンシティプローブ３５を異なる計測ポイントに移動させ、同様に音響インテンシティプローブ３５からの出力を音響インテンシティ演算部５１に入力する。同様にして音響インテンシティプローブ３５が制御音源４２を取り囲む円周上の計測ポイントに次々に位置決めされ、そのときの出力を音響インテンシティ演算部５１に入力する。このとき得られた各音響インテンシティから、実際に制御に用いる計測ポイントを取捨選択する。
【００２２】
音響インテンシティ演算部５１では選択された計測ポイントにおける音響インテンシティプローブ３５の出力に基づいて音響インテンシティが算出され、制御器フィルタ係数更新部５２へ入力される。また、低減対象音源Ｐの振動低減対象音情報を検出した検出器出力は制御器フィルタ係数更新部５２及び制御器演算部５３に入力される。
【００２３】
制御器フィルタ係数更新部５２ではフィルタ係数が算出され、制御器演算部５３に入力される。制御器演算部５３では、検出器出力にフィルタ係数を乗じて、制御音源４２からの出力の制御を行う。これにより、空間の低減対象音制御が可能となる。
【００２４】
以下に具体的な計算方法を述べる。
【００２５】
現在の時刻をｋ、制御器フィルタ係数のフィルタ次数をＬとする。すなわち制御器フィルタ係数ＷはＬ個のデータをデータ列として有している。音源計測手段２０の出力を時系列データ列Ｘｋとする。この時系列データＸｋは現在から過去Ｌサンプル時間のデータをデータ列として有している。制御器演算部５３では式（１）の演算を行って制御音源４２の出力Ｙｋを算出する。
【００２６】
【数１】
制御器フィルタ係数更新部５２では次のようにしてフィルタ係数を更新する。制御音源４２から観測ポイントのインテンシティまでの音圧の伝達特性をｈとし、粒子速度の伝達特性をｇとする。この伝達特性は前もって計測しており、制御器フィルタ係数更新部５２ではこのブロックの特性をデータ列として有している。音源計測部２０からの時刻歴データ列Ｘｋは、制御器フィルタ係数更新部５２にも渡され、式（２）のようにｈ特性を付加されたｒｋ、同様に式（３）のようにｇ特性を付加されたｓｋが算出される。観測ポイントにおける音圧をｐｋ、粒子速度をｖｋ、現在時刻をｋ、インテンシティ演算のための次数をＭとすると、制御器フィルタ係数の更新のために必要なフィルタ係数Ｗの一要素Ｗｊは式（４）のように計算できる。このような演算によって計測ポイントにおける音響インテンシティは零に近づいていく。ここでμは零に近づけるときの速度を調節する係数である。
【００２８】
【数２】
音響インテンシティプローブ装置３０によれば、空間における高さの低減対象音分布が大きく変化していない場合には、水平面内において制御音源４２を中心点とする円周上に音響インテンシティプローブ３５を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の制御音響パワーを計測することができる。一方、高さの低減対象音分布が大きく変化する場合には鉛直平面内において制御音源４２を中心点とする円周上に音響インテンシティプローブ３５を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の制御音響パワーを計測することができる。
【００３０】
上述したように、本第１の実施の形態に係る能動消音装置１０によれば、制御音源４２から一定距離離間した円周上の計測ポイント上に音響インテンシティプローブ３５を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の放出する制御音響パワーを正確に計測することができる。このため、音響インテンシティを用いた能動消音を効率よく行うことができ、空間内の音響パワーを最小とすることが可能となる。
【００３１】
図３は円周上の計測ポイントにおいて音響インテンシティを計測するのではなく、球面上の計測ポイントにおいて音響インテンシティを計測するための音響インテンシティプローブ装置６０を示す説明図である。
【００３２】
音響インテンシティプローブ装置６０は、２軸ジンバル機構６１と、この２軸ジンバル機構６１に支持された音響インテンシティプローブ６２とを備えている。２軸ジンバル機構６１は、音源部４０の支持柱４１の周囲に設けられた支持部６１ａと、この支持部６１ａから鉛直方向に延設された支持柱６１ｂ，６１ｃと、これら支持柱６１ｂ，６１ｃに支持され、水平方向の軸Ｈ回りに図中矢印Ｇ方向に回転可能に支持された駆動リング６１ｄとを備えている。また、駆動リング６１ｄには、その内周に沿って図中矢印Ｊ方向に駆動可能な音響インテンシティプローブ６２が設けられている。音響インテンシティプローブ６２は、図示しない一対のマイクから形成されている。したがって、音響インテンシティプローブ６２は制御音源４２から一定距離離間した球面上の計測ポイントにおいて音響インテンシティを計測することが可能となる。
【００３３】
本変形例においては、制御音源４２から一定距離離間した球面上の計測ポイント上に音響インテンシティプローブ６２を位置決めすることによって、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択することができ、選択された計測ポイントにおける音響インテンシティを用いて制御音源４２の放出する制御音響パワーを正確に計測することができる。このため、音響インテンシティを用いた能動消音を効率よく行うことができ、空間内の音響パワーを最小とすることが可能となる。
【００３４】
上述した能動消音装置１０において、空間内の音響パワーを最小化するためには、制御音源４２の放出する制御音源パワーと等価な意味をもつ特定の位置における特定方向の音響インテンシティを計測する必要があり、音響インテンシティプローブ装置３０，６０を用いて、制御に用いるための音響インテンシティ計測ポイントを取捨選択する。この取捨選択の方法について以下に述べる。
【００３５】
図４は低減対象音源が１つの点としてみなせる場合を示す説明図である。すなわち、低減対象音源Ｐ１に対して制御音源４２はなるべく近接させて配置され、その低減対象音源Ｐと制御音源４２とを結ぶ線分Ｌ１に対して直交する線分Ｌ２上で制御音源４２に向けて音響インテンシティを計測することは、制御音源４２からの制御音源パワーを計測することと等価である。したがって、音源部４０のまわりで配置駆動される音響インテンシティプローブ３５，６２は、一点の音響インテンシティを計測するだけで制御音源パワーの計測が可能である。
【００３６】
一方、図５に示すように２つの低減対象音源Ｐ１、Ｐ２があり、それぞれ同相で駆動される点とみなせる場合を示す説明図である。すなわち、低減対象音源Ｐ１、Ｐ２に対して音源部４０は低減対象音源Ｐ１を制御対象とするならば、制御音源４２は低減対象音源Ｐ１になるべく近接させて配置され、低減対象音源Ｐ１と制御音源４２を結ぶ線分Ｌ３に直交する線分Ｌ４から所定の角度をもつ線分Ｌ５の上で制御音源４２に向けて音響インテンシティを計測することは、制御音源４２の制御音源パワーを計測することと等価となる。従って、この線分Ｌ５と制御音源４２を中心として持つ円との交点を探索する必要がある。
【００３７】
この所定の角度は次に述べる方法で算出することができる。制御音源４２を鳴らさない場合において、制御音源４２を中心として持つ円の上の各点において、制御音源４２を向く方向で音響インテンシティプローブ３５，６２を駆動して、円周上や球面上の各計測ポイントにおける音響インテンシティの計測を行うと、音響インテンシティが正も負もとらない零となるポイントが２点あらわれる。この２点の位置は制御音源４２を鳴らさない場合において音響インテンシティの吹き出しも吸い込みも起きていない場所であるから、低減対象音源Ｐ１とこの２点を結ぶベクトルの合成ベクトルに垂直で制御音源４２を通る直線がＬ５であり、この直線上で音響インテンシティを計測することで制御音源４２の放出する制御音源パワーと等価な意味をもつ特定の位置における特定方向の音響インテンシティを計測することが可能になる。
【００３８】
したがって、制御音源４２のまわりで配置駆動される音響インテンシティプローブ３５，６２は、配置駆動されて計測された各計測ポイントの音響インテンシティデータを用いて取捨選択された一点の計測ポイントにおける音響インテンシティを計測するだけで制御音源パワーの計測が可能となる。このような計測ポイントの取捨選択手法は、同相で駆動される点とみなせる音源の場合には、１点や２点といった音源の数に依存するものではない。
【００３９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、空間の音響インテンシティを計測するプローブを最適な位置に位置決めすることで空間の音響パワーを最小とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る能動消音装置の全体構成を示す図。
【図２】同能動消音装置に組み込まれた音響インテンシティプローブ装置を示す斜視図。
【図３】同音響インテンシティプローブ装置の変形例を示す図。
【図４】同能動消音装置における低減対象音源が１点である場合の計測ポイントを示す説明図。
【図５】同能動消音装置における低減対象音源が２点である場合の計測ポイントを示す説明図。
【符号の説明】
１０…能動消音装置
２０…制御部
３０…音響インテンシティプローブ装置
３５，６２…音響インテンシティプローブ
４０…音源部
４２…制御音源
５０…制御部
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…低減対象音源
Claims (6)
- 低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを低減する能動消音装置において、
上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測手段と、
上記空間内に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、
二つのマイクを有し上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測手段と、
この音響インテンシティ計測手段を上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントに位置決めする音響インテンシティ計測装置駆動手段と、
上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、
上記低減対象音源は一つの音源からなり、
上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記低減対象音源と上記付加音源とを結ぶ直線に直交し上記付加音源を通る直線上に位置し、
上記音響インテンシティ計測手段は上記付加音源に向けられていることを特徴とするの能動消音装置。 - 低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを低減する能動消音装置において、
上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測手段と、
上記空間内に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、
二つのマイクを有し上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測手段と、
この音響インテンシティ計測手段を上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントに位置決めする音響インテンシティ計測装置駆動手段と、
上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、
上記低減対象音源は同じ位相を有する同じ平面上に位置する複数の音源からなり、
上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントを通る直線上に位置することを特徴とする能動消音装置。 - 上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントは、上記付加音源を鳴らさない場合において上記付加音源を中心とする円上の各点における上記付加音源に向けた音響インテンシティ計測手段の計測結果から取捨選択して求めることを特徴とする請求項２に記載の能動消音装置。
- 低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを付加音源から出力される音波により低減する能動消音方法において、
上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測行程と、
上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントで上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測行程と、
上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御行程とを備え、
上記低減対象音源は一つの音源からなり、
上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記低減対象音源と上記付加音源とを結ぶ直線に直交し上記付加音源を通る直線上に位置し、
上記音響インテンシティ計測行程における計測は上記付加音源に向けて行うことを特徴とする能動消音方法。 - 低減対象音源から発せられた低減対象音による所定の空間内における音響パワーを付加音源から出力される音波により低減する能動消音方法において、
上記低減対象音源近傍に配置され低減対象音情報を計測する音源計測行程と、
上記付加音源を中心とした所定半径の円周上又は球面上に存する計測ポイントで上記空間の音響インテンシティを計測する音響インテンシティ計測行程と、
上記音響インテンシティ及び上記低減対象音情報に基づいて、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御行程とを備え、
上記低減対象音源は同じ位相を有する同じ平面上に位置する複数の音源からなり、
上記計測ポイントは、上記低減対象音源と上記付加音源が存在する平面内であって、上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントを通る直線上に位置することを特徴とする能動消音方法。 - 上記付加音源を中心とする円上であって音響インテンシティが略零となる２つのポイントは、上記付加音源を鳴らさない場合において上記付加音源を中心とする円上の各点における上記付加音源に向けた音響インテンシティ計測行程における計測結果から取捨選択して求めることを特徴とする請求項５に記載の能動消音方法。
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