JP5641726B2 - 能動型振動騒音制御装置 - Google Patents

Description

本発明は能動型振動騒音制御装置に関し、特に機器の振動及び騒音を低減する、或いは機器の振動に由来する騒音を低減する能動型振動騒音制御装置に関する。

騒音源から放射される騒音の空気伝播音をマイクロフォンにて検出し、その騒音の空気伝播音と逆位相の空気伝播音をスピーカから出力することによって、所定の位置に設置された他の検出マイクロフォンにおいて検出される騒音を低減するアクティブノイズコントロール（ＡＮＣ：能動型騒音制御）が知られている。

このようなＡＮＣとしては、空調用ダクトに設置されたファン騒音をスピーカ出力によって低減させるものが知られている。その一例として特許文献１には騒音伝播の上手側に位置するマイクロフォンＭ１にて検出された騒音に基づいて演算し、スピーカＳから出力された音によって騒音伝播の下手側に位置するマイクロフォンＭ２における検出音を低減させる技術が開示されている。

ここで、スピーカＳ出力はマイクロフォンＭ２の位置にて騒音源からの空気伝播音と逆位相となるように調整されている。即ち、マイクロフォンＭ２にて検出される音が最も小さくなるように、スピーカＳ出力を適応的に少しずつ変化させるための演算処理が行われる訳である。

一方、ダクトのような閉じられた空間における騒音の伝播ではなく、開放された空間において騒音源からの伝播による騒音を低減させる装置について、特許文献２にて技術が開示されている。騒音源からの騒音を検出するマイクロフォンと、このマイクロフォンにて検出された騒音を低減させるための音を出力するスピーカと、マイクロフォンにて検出された騒音に応じてスピーカから出力される音を制御する駆動信号生成部によって構成される消音ユニットを複数並べて、空間に広がる騒音を低減するようにしている。このようにして複数の消音ユニットからの干渉音は波面を合わせて騒音源からの騒音と逆位相となるように調整され、開放された空間において騒音が低減される。

また、固体振動については、振動源から基材へと固体伝播する過程において、振動騒音抑制機構を振動源と基材間に介装される支承部材に備え、元となる振動の検出結果に基づいてその振動を減衰制御する装置について、特許文献３にて技術が開示されている。具体的にはエンジンとエンジンマウント、サスペンションと車体など、種々の振動源と基材間に介装される支承部材における固体振動の減衰制御について述べられている。

特開平３−１３９９７号公報 特開２００３−６６９６９号公報 特開平９−２７３５８９号公報

しかしながら、特許文献１の例ではあくまでもダクトのような閉じられた空間の中を騒音が伝播する場合に有効なものであり、開放された空間で騒音源からの騒音を低減させようとした場合には効果を期待できない。

また、特許文献２の例では開放された空間で発生した騒音を低減しようとするものであり、複数の消音ユニットから出される干渉音の波面を揃えて、騒音源からの騒音と広い範囲で逆位相関係を築いて騒音を低減させようとするものであるが、一度空間に放たれてしまった騒音に対して広い周波数範囲で逆位相関係を満たすことは難しく、周期の長い、低周波の騒音に対する低減効果を得ることに限られてしまう。また、複数の消音ユニットをアレイ状に配置して構成するので、大規模且つ高コストなシステムとならざるを得ない。

一方、機器の騒音を考えたときに、騒音の発生箇所はモーターなどの回転部分の偏心に由来する振動、可動部の動作に伴う振動、軸受けの摩擦、流体の渦音、それらに伴う機械共振など、複合的に発生する場合もあるが、発生源としては特定の部位に限定される。その特定箇所の振動が騒音として拡大して行く訳であり、結果的に騒音が空間に広がって行くことになる。空間に広がった騒音に対しては、特許文献１の方式では対応できず、特許文献２の方式では騒音源の移動には対応し易いものの、効果を得られるのが逆位相関係を保ち易い低周波音に限られるという課題がある。

また、特許文献３の例では振動源と基材間の固体振動伝播に関して、両者間に介装される支承部材にて固体振動の減衰制御を行うものであり、一度空間に放射された騒音に対する減衰制御については何ら考慮されておらず、空間を伝播する騒音については殆ど抑制効果を期待できるものではない。

本発明では上記の課題を解決するためになされたものであり、空間を振動騒音が伝わる過程で、空間を分かつ構造物（境界壁乃至境界面）が二次的振動体となる段階においてその二次的振動を抑制することにより、開放された空間を伝搬する騒音を広い周波数範囲に渡って低減しようとするものである。
また、その空間を分かつ構造物の間隙からの漏れ騒音が開放された空間を伝搬することに対しても、その構造物の制御された振動を用いて広い周波数範囲において低減しようとするものである。また、騒音が開放された空間に広がる前段階で抑制する構成とすることにより小規模で低コストのシステムで実現しようとするものである。

本発明の能動型振動騒音制御装置は、
騒音源振動に起因する騒音が伝播する第一空間と、前記第一空間と境界面により分かたれた第二空間により構成され、前記境界面が前記騒音に起因する二次的振動を生じて第一空間から第二空間へと騒音を伝播させると共に、前記境界面の間隙を通じて騒音が漏れ伝わる空間において、
前記境界面の二次的振動を検出する二次振動検出手段と、
前記境界面の間隙から漏れ伝わる漏洩騒音を検出する騒音検出手段と、
前記境界面の二次的振動と逆位相となる振動及び前記漏洩騒音と逆位相となる振動とを合わせて発生する振動発生手段と、
前記二次振動検出手段から出力される振動検出信号に対して逆位相となる信号を生成する第１信号処理手段と、
前記漏洩騒音検出手段から出力される検出信号に対して逆位相となる信号を生成する第２信号処理手段と、
前記振動発生手段を駆動する駆動制御手段を備え、
前記第２信号処理手段は、前記漏洩騒音検出手段の出力値が抑制されるように制御するための制御信号を生成し、
前記第１信号処理手段は、前記二次振動検出手段の出力値から前記漏洩騒音を打消す為の振動成分を除いた値が抑制されるように制御するための制御信号を生成し、
前記駆動制御手段は、前記第１信号処理手段で生成される前記制御信号及び前記第２信号処理手段で生成され前記制御信号を合成した結果に基づいて前記振動発生手段を駆動する
ことを特徴とする。

本発明によれば、小規模で低コストのシステムで、開放された空間へ広がる騒音を、広い周波数範囲に渡って効果的に低減することができる。

この発明の実施の形態１を示す能動型振動騒音制御装置の基本的構成図である。 この発明の実施の形態１における制御振動を生成する信号処理手段を示したブロック構成図である。 この発明の実施の形態１における干渉後の振動から抑制したい振動を算出する方法を説明するための波形図である。 この発明の実施の形態１の制御振動を推定する方法を説明するためのブロック構成図である。 図１に対し、基盤２における固体振動の伝達を付記した図である。 この発明の実施の形態２を示す能動型振動騒音制御装置の基本的構成図である。 この発明の実施の形態２における制御振動を生成する信号処理手段を示したブロック構成図である。 この発明の実施の形態２の制御振動を推定する方法を説明するためのブロック構成図である。 図６に対し、基盤２における固体振動の伝達を付記した図である。 この発明の実施の形態１及び２に係わる能動型振動騒音制御装置のその他の適用例を示す図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わる能動型振動騒音制御装置の基本的構成図であって、１は騒音の根源となる原振動が内在した騒音源、２は騒音源１が保持される基盤面である。３は空間を分かつ境界面（境界壁）であり、騒音源１から放射される一次騒音が境界面３を伝播する過程で二次的振動を生じ、二次騒音という形で放射され、聴取者５に到達して騒音として認識される。また、境界面３には間隙（空隙）４が存在し、そこを介して一次騒音が漏れ伝わり、漏洩騒音という形で放射され、聴取者５に到達して騒音として認識される。

６は境界面に向けて設置され、漏洩騒音及び二次騒音を検出する騒音検出手段、７は境界面３に密接して配置されて境界面３の一次騒音に由来する二次的振動と逆相の振動を発生すると共に、漏洩騒音を打消すための振動を発生する振動発生手段である。８は騒音検出手段６の出力を入力として振動発生手段７に用いる信号を生成する信号処理手段、９は信号処理手段８の出力を受けて振動発生手段７を駆動する駆動制御手段である。図中、境界面３が基盤面２と接する配置としているが、接していなくても構わない。

図２は信号処理手段８のブロック構成図を示している。
騒音検出手段６から入力された電気信号は、入力アンプ１０１により適切な信号レベルまで増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０２によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。
Ａ／Ｄ変換器１０２から出力されるデジタル信号ＶａはＬＭＳアルゴリズム１０３に入力されるほか、減算手段１０８にも供給される。
減算手段１０８では、後述のＦＩＲフィルタ１０７の出力信号Ｖｂを、Ａ／Ｄ変換器１０２の出力信号Ｖａから減算し、減算結果ＶｃをＬＭＳアルゴリズム１０３及びＦＩＲフィルタ１０４に供給する。

ＦＩＲフィルタ１０４の出力信号Ｖｄは、ＦＩＲフィルタ１０７に供給されるほか、Ｄ／Ａ変換器１０５にも供給される。このようにして、ＦＩＲフィルタ１０４の出力信号ＶｄにＦＩＲフィルタ１０７を畳み込むことにより得られた信号ＶｂとＡ／Ｄ変換器１０２の出力信号Ｖａとの差分信号ＶｃがＦＩＲフィルタ１０４とＬＭＳアルゴリズム１０３に入力される。

この差分信号ＶｃはＦＩＲフィルタ１０４にて、ＬＭＳアルゴリズム１０３により算出されたタップ係数による畳み込み演算が施されて信号Ｖｄとなった後、Ｄ／Ａ変換器１０５によりデジタル信号からアナログ信号Ｖｆに変換され、出力アンプ１０６により適切な信号レベルまで増幅され、駆動制御手段９へと出力される。ＬＭＳアルゴリズム１０３とＦＩＲフィルタ１０４とで、Ａ／Ｄ変換器１０２の出力Ｖａがゼロに近づくように、その伝達関数を自己適応させる適応信号処理回路１１０が構成されている。

ＦＩＲフィルタ１０７は、後述のように、ＦＩＲフィルタ１０４の出力側から、Ｄ／Ａ変換器１０５、出力アンプ１０６、駆動制御手段９、振動発生手段７、振動発生手段７から騒音検出手段６の騒音経路、騒音検出手段６、入力アンプ１０１、及びＡ／Ｄ変換器１０２を含み、ＬＭＳアルゴリズム１０３の入力側までの経路の伝達関数Ｈｖに近似した伝達関数を有する。

次に図１及び図２において、聴取者５に到達する二次騒音の抑制方法について説明する。
騒音源１から放射される一次騒音は境界面３に到達して二次的振動となり、それを起因として二次騒音となって聴取者５に到達して騒音と認識される。
また、一次騒音の一部は境界面３の間隙４から漏れ出て漏洩騒音として聴取者５に到達して騒音と認識されることになる。

この時、境界面３においては振動発生手段７から出力される振動と干渉させた後の振動が基となる音波が放射され、騒音検出手段６にて検出され、入力アンプ１０１とＡ／Ｄ変換器１０２を介してデジタル信号Ｖａに変換され、ＬＭＳアルゴリズム１０３に入力されると共に、ＦＩＲフィルタ１０４の出力信号ＶｄにＦＩＲフィルタ１０７を畳み込んだ信号Ｖｂとの差分ＶｃがＦＩＲフィルタ１０４に入力される。

この時ＦＩＲフィルタ１０４のタップ係数はＬＭＳアルゴリズム１０３によって逐次更新される。ＬＭＳアルゴリズム１０３は、信号Ｖａを誤差信号ｅとして、該誤差信号ｅがゼロに近くづくように適応的にタップ係数を更新するものであり、該タップ係数は式（１）に従って更新される。

ｈ（ｎ＋１）＝ｈ（ｎ）＋２・μ・ｅ（ｎ）・ｘ（ｎ） （１）
ここで、ｈはフィルタのタップ係数、ｅは誤差信号、ｘはフィルタ入力信号Ｖｃ、μはステップサイズパラメータであり、サンプリングごとのフィルタ係数更新量を制御する。

このようにして、ＬＭＳアルゴリズム１０３によってタップ係数の更新が行われたＦＩＲフィルタ１０４を通過したデジタル信号Ｖｄは、Ｄ／Ａ変換器１０５にてアナログ信号に変換され、出力アンプ１０６にて適した信号レベルにまで増幅され、駆動制御手段９を介して振動発生手段７にて振動に変換される。

ここで、図２において、境界面３の二次的振動に起因する二次騒音を抑制し、且つ境界面３の間隙４からの漏洩騒音を抑制するには、ＦＩＲフィルタ１０４には抑制したい振動（騒音）信号を入力し、ＬＭＳアルゴリズム１０３には入力信号となる抑制したい振動（騒音）信号と誤差信号となる制御振動を干渉させた後の振動（騒音）信号を入力する必要がある。ところが、騒音検出手段６では制御振動を干渉させた後の振動（騒音）しか検出することができないため、騒音検出手段６で検出した振動（騒音）から抑制したい振動を表す信号を作り出すことが必要となる。

図３（ａ）〜（ｃ）は抑制したい振動と制御振動との干渉後の振動波形（図３（ａ）に符号Ｗａで表わす）、制御振動の波形（図３（ｂ）に符号Ｗｂで表わす）、抑制したい振動の波形（図３（ｃ）に符号Ｗｃで表わす）を示したものである。振動の重ね合わせの原理から
Ｗｂ＋Ｗｃ＝ＷａとなることからＷａからＷｃを得るためにはＷａとＷｂとの差分を取ることでＷｃを得ることができる。即ち、騒音検出手段６で検出した干渉後の振動（騒音）Ｗａと制御振動Ｗｂ＝との差分から抑制したい振動Ｗｃ＝Ｖｃを作り出すことができる。
ここで言う「騒音検出手段６で検出した干渉後の振動Ｗａ」が図２の信号Ｖａに相当し、「制御振動Ｗｂ」が図２の信号Ｖｂに相当し、「抑制したい振動Ｗｃ」が図２の信号Ｖｃに相当する。

図４はＦＩＲフィルタ１０４から出力される制御信号Ｖｄが振動となって振動発生手段７から出力された後、騒音検出手段６で検出され、信号処理手段８に入力される経路を示した図である。Ｄ／Ａ変換器１０５、出力アンプ１０６、駆動制御手段９、振動発生手段７から騒音検出手段６までの振動（騒音）経路、騒音検出手段６、入力アンプ１０１、Ａ／Ｄ変換器１０２を経ている。この経路がもつ伝達特性をＨｖとすると、図２のＦＩＲフィルタ１０７は、この伝達特性Ｈｖを推定したものである。即ちＦＩＲフィルタ１０７は、伝達関数Ｈｖに近似した（理想的には一致する）伝達関数を有するものであり、そのタップ係数は予め定められ、固定されている。

ＦＩＲフィルタ１０４の出力信号Ｖｄに対してＦＩＲフィルタ１０７を畳み込むことで、制御振動を騒音検出手段６にて検出した信号Ｖｂとして推定でき、騒音検出手段６にて検出した干渉後の振動Ｖａとの差分をとることで、抑制したい振動Ｖｃが生成されることになる。

このようにして生成した抑制したい振動Ｖｃが、入力信号としてＬＭＳアルゴリズム１０３及びＦＩＲフィルタ１０４に供給される。ＬＭＳアルゴリズム１０３でタップ係数が更新されたＦＩＲフィルタ１０４を通過したデジタル信号Ｖｄは、Ｄ／Ａ変換器１０５にてアナログ信号に変換され、出力アンプ１０６にて適切な信号レベルまで増幅され、駆動制御手段９へと出力され、振動発生手段７から境界面３に制御振動を出力する。

一方、境界面３に向けて設置される騒音検出手段６においては、騒音源１から放射される一次騒音が境界面３に到達して生ずる二次的振動に振動発生手段７により発生される振動を干渉させた後の振動に基づいた音と、漏洩騒音との合成音が検出される。
また、前述のＬＭＳアルゴリズム１０３に入力される誤差信号Ｖｃには騒音検出手段６で検出された振動（騒音）Ｖａを入力しているため、この干渉後の振動（騒音）をゼロに近づけるようにＦＩＲフィルタ１０４のタップ係数が更新されることになる。その結果、ＦＩＲフィルタ１０４を通過した信号Ｖｄで表わされる制御振動により、境界面３における一次騒音に由来する二次的振動を抑制することができ、更に間隙４を通じての漏洩騒音を抑制することができ、聴取者５に到達する二次騒音及び漏洩騒音を低減することができる。

以上に説明した能動型振動騒音制御は、フィードバック制御システムと呼ばれるものであり、振動が騒音となって空間へ拡散する過程において、二次騒音の根源となる二次的振動を抑制する段階で、二次騒音と漏洩騒音の検出結果を合わせて使用して抑制するので、小型の振動制御系を構築し易く、機器の発生する騒音を効果的に低減することができる。

図５は本発明の実施の形態１に係わる能動型振動騒音制御装置の基本的構成を補足する説明図である。騒音源１から一次騒音が放射され、空間を伝播して境界面３に到達して二次的振動となる過程とは別に、原振動が基盤面２を固体伝播して境界面３に到達して二次的振動となる過程を合わせて、境界面３の二次的振動が元となって聴取者５に二次騒音が到達する場合を示している。
原振動のエネルギーが複数の経路を通って境界面３に到達していること以外、聴取者５に到達する騒音を低減する仕組みについては前述と同様である。

因みに、図１、図５において、境界面３の二次的振動を境界面３と垂直に近い方向の振動として記載しているが、振動はこの方向に限る訳ではなく、境界面と水平な方向の振動成分と複合的な振動であっても構わない。

騒音検出手段６の具体例としては、狭指向性マイクロフォン、例えばコンデンサマイクロフォンを境界面３及び間隙４に向けて構成する方法が考えられるが、指向性が限定される狭指向性マイクロフォンを境界面３及び間隙４に向けて構成することにより、制御対象とする騒音系以外の音の比率を低下させ、外乱による騒音低減性能劣化を軽減することが出来る。

振動発生手段７の具体例としては、電動型アクチュエータや圧電型アクチュエータ、超磁歪アクチュエータなど、電気信号を機械振動に変換する素材を使用する構成が考えられ、境界面３を直接振動させることができ、装置全体の構成を小型化できる。また、漏洩騒音に対しても別途スピーカーなどを必要とせず、境界面３の振動を利用できるので装置全体の構成を小型化できる。

一方、信号処理手段８にて、本実施の形態ではＦＩＲフィルタ１０４とＬＭＳアルゴリズム１０３を用いたが、騒音検出手段６で検出した騒音をゼロに近づける適応信号処理回路であればよく、能動的消音方法で一般的に使用されているｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘアルゴリズムを用いたものでもよい。更に、信号処理手段８は適応信号処理ではなく、固定のタップ係数により制御音を生成する構成にしても良い。また、信号処理手段８はデジタル信号処理ではなく、アナログ信号処理回路であってもよい。

また、ＦＩＲフィルタ１０７は、伝達関数Ｈｖに近似した伝達関数を持つ演算回路として用いられているが、同様の機能を持つ他の演算回路であっても良い。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係わる能動型振動騒音制御装置の基本的構成図であって、１は騒音の根源となる原振動が内在した騒音源、２は騒音源１が保持される基盤面である。３は空間を分かつ境界面（境界壁）であり、騒音源１から放射される一次騒音が境界面３を伝播する過程で二次的振動を生じ、二次騒音という形で放射され、聴取者５に到達して騒音として認識される。また、境界面３には間隙（空隙）４が存在し、そこを介して一次騒音が漏れ伝わり、漏洩騒音という形で放射され、聴取者５に到達して騒音として認識される。

７は境界面３に密接して配置されて境界面３の一次騒音に由来する二次的振動と逆相の振動を発生すると共に、漏洩騒音を打消すための振動を発生する振動発生手段である。１０は境界面に向けて設置され、漏洩騒音を検出する漏洩騒音検出手段、１１は境界面３に密接して設置され、境界面３の振動を検出する二次振動検出手段である。１２は二次振動検出手段１１の出力を入力として振動発生手段７に用いる信号を生成する第１信号処理手段、１３は漏洩騒音検出手段１０の出力を入力として振動発生手段７に用いる信号を生成する第２信号処理手段、１４は第１信号処理手段１２の出力及び第２信号処理手段１３の出力を受けて振動発生手段７を駆動する駆動制御手段である。図中、境界面３が基盤面２と接する配置としているが、接していなくても構わない。

実施の形態１に記載した能動型振動騒音制御装置と異なる点は、実施の形態１では二次的振動に由来する二次騒音及び漏洩騒音を一体的に取り込む騒音検出手段６を用いていたのに対して、本実施の形態では、二次騒音は境界面３の二次的振動として二次振動検出手段１１により検出し、漏洩騒音は漏洩騒音検出手段１０により音として検出する構成としている。また、これに伴い信号処理の方法が異なるため、第１信号処理手段１２と第２信号処理手段１３が組み合わさって構成される。

図７は第１信号処理手段１２及び第２信号処理手段１３のブロック構成図を示している。漏洩騒音検出手段１０から入力された電気信号は、第２信号処理手段１３の入力アンプ３０１により適切な信号レベルまで増幅され、Ａ／Ｄ変換器３０２によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換器３０２から出力されたデジタル信号ＹａはＬＭＳアルゴリズム３０３に入力されるほか、減算手段３０８にも供給される。減算手段３０８では、後述のＦＩＲフィルタ３０７の出力信号Ｙｂを、Ａ／Ｄ変換器３０２の出力信号Ｙａから減算し、減算結果ＹｃをＬＭＳアルゴリズム３０３及びＦＩＲフィルタ３０４に供給する。

ＦＩＲフィルタ３０４の出力信号Ｙｄは、ＦＩＲフィルタ３０７に供給されるほか、Ｄ／Ａ変換器３０５にも供給される。このようにして、ＦＩＲフィルタ３０４の出力信号ＹｄにＦＩＲフィルタ３０７を畳み込むことにより得られた信号ＹｂとＡ／Ｄ変換器３０３の出力信号Ｙａとの差分信号ＹｃがＦＩＲフィルタ３０４とＬＭＳアルゴリズム３０３に入力される。この差分信号ＹｃはＦＩＲフィルタ３０４にて、ＬＭＳアルゴリズム３０３により算出されたタップ係数による畳み込み演算が施されて信号Ｙｄとなった後、Ｄ／Ａ変換器３０５によりデジタル信号からアナログ信号Ｙｆに変換され、出力アンプ３０６により適切な信号レベルまで増幅され、駆動制御手段１４へと出力される。Ｄ／Ａ変換器３０５の出力信号はまた、第１信号処理手段１２へ出力される。

一方、二次振動検出手段１１から入力された電気信号は、入力アンプ２０１により適切な信号レベルまで増幅され、減算手段２０９に供給され、減算手段２０９で、第２信号処理手段１３のＤ／Ａ変換器３０５の出力信号Ｙｆを差し引かれ、差分信号がＡ／Ｄ変換器２０２によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換器２０２から出力されるデジタル信号ＸａはＬＭＳアルゴリズム２０３に入力されるほか、減算手段２０８にも供給される。減算手段２０８では、後述のＦＩＲフィルタ２０７の出力信号Ｘｂを、Ａ／Ｄ変換器２０２の出力信号Ｘａから減算し、減算結果ＸｃをＬＭＳアルゴリズム２０３及びＦＩＲフィルタ２０４に供給する。

ＦＩＲフィルタ２０４の出力信号Ｘｄは、ＦＩＲフィルタ２０７に供給されるほか、Ｄ／Ａ変換器２０５にも供給される。このようにして、ＦＩＲフィルタ２０４の出力信号ＸｄにＦＩＲフィルタ２０７を畳み込むことにより得られた信号ＸｂとＡ／Ｄ変換器２０２の出力信号Ｘａとの差分信号ＸｃがＦＩＲフィルタ２０４とＬＭＳアルゴリズム２０３に入力される。

この差分信号ＸｃはＦＩＲフィルタ２０４にて、ＬＭＳアルゴリズム２０３により算出されたタップ係数による畳み込み演算が施されて信号Ｘｄとなった後、Ｄ／Ａ変換器２０５によりデジタル信号からアナログ信号Ｘｆに変換され、出力アンプ２０６により適切な信号レベルまで増幅され、駆動制御手段１４へと出力される。

なお、図示の構成では、入力アンプ２０１の出力からＤ／Ａ変換器３０５の出力を差し引く演算をアナログ信号部分で実施しているが、これは説明を簡便にするために行っているものであり、共にデジタル信号部分で、例えばＡ／Ｄ変換器２０２の出力からＦＩＲフィルタ３０４の出力を差し引くこととしても良い。

駆動制御手段１４では、第１信号処理手段１２から出力された、境界面３の二次的振動を抑えるための制御信号Ｙｇと、第２信号処理手段１３から出力された、漏洩騒音を抑えるための制御信号Ｘｇが合成され、合成結果Ｚｇが振動発生手段７へと出力され、境界面３の振動制御に供される。その結果として、境界面３としては、第１信号処理手段１２の出力により、二次騒音の基点となる二次的振動は抑えられ、第２信号処理手段１３の出力により、漏洩騒音を打消す振動を行うこととなる。

一方、図７についての振動抑制方法は、個別には実施の形態１にて記述した振動抑制方法とほぼ同等である。即ち、二次振動検出手段１１及び漏洩騒音検出手段１０においては、振動発生手段７による制御振動を干渉させた後の結果しか得られないので、前述と同様にして差分を用いてＬＭＳアルゴリズム３０３及び２０３に入力すべき抑制したい振動信号を作成する構成としている。

そして、ＬＭＳアルゴリズム３０３とＦＩＲフィルタ３０４で構成される適応信号処理回路３１０は、漏洩騒音検出手段１０で検出された騒音を表す信号がゼロに近づくように、その伝達関数を自己適応させ、ＬＭＳアルゴリズム２０３とＦＩＲフィルタ２０４で構成される適応信号処理回路２１０は、減算手段２０８の出力がゼロに近づくように、その伝達関数を自己適応させる。

また、図８に示すように、ＦＩＲフィルタ３０７は、ＦＩＲフィルタ３０４の出力側から、Ｄ／Ａ変換器３０５、出力アンプ３０６、駆動制御手段１４、振動発生手段７、振動発生手段７から漏洩騒音検出手段１０までの騒音経路、漏洩騒音検出手段１０、入力アンプ３０１、及びＡ／Ｄ変換器３０２を含み、ＬＭＳアルゴリズム３０３の入力側までの経路の伝達関数Ｈｙに近似した伝達関数を有し、ＦＩＲフィルタ２０７は、ＦＩＲフィルタ２０４の出力側から、Ｄ／Ａ変換器２０５、出力アンプ２０６、駆動制御手段１４、振動発生手段７、振動発生手段７から二次振動検出手段１１までの振動経路、二次振動検出手段１１、入力アンプ２０１、減算手段２０９、及びＡ／Ｄ変換器２０２を含み、ＬＭＳアルゴリズム２０３の入力側までの経路の伝達関数Ｈｘに近似した伝達関数を有する。
上記以外の点で、抑制したい振動信号を導き出す過程におけるその他の重複する説明は省略する。

また、図７の構成が図２と異なる特徴的な部分は、第１信号処理手段１２と第２信号処理手段１３が並存し、前者の入力段において二次振動検出手段１１の出力をアンプで増幅することにより得られる信号Ｘｅと後者の出力段の出力Ｙｆとの差分を取っている点である。本実施の形態の構成においては、二次振動検出手段１１の出力には漏洩騒音を打消すための振動が含まれて検出するため、第１信号処理手段１２の入力段にて差し引いた後に、二次的振動を抑制するための制御をかける必要があるからである。

以上に説明した能動型振動騒音制御もまた、フィードバック制御システムと呼ばれるものであり、振動が騒音となって空間へ拡散する過程において、二次騒音の根源となる二次的振動を抑制する段階で、二次的振動の検出結果自身を使用して抑制すると共に、漏洩騒音の検出結果をも使用して抑制制御するので、小型の振動制御系を構築し易く、機器の発生する騒音を効果的に低減することができる。また、二次騒音と漏洩騒音を個別に検出する構成とすることにより、漏洩騒音検出手段１０の検出方向を間隙４に集中でき、より外乱の影響を受け難い構成とすることができる。

図９は本発明の実施の形態２に係わる能動型振動騒音制御装置の基本的構成を補足する説明図である。騒音源１から一次騒音が放射され、空間を伝播して境界面３に到達して二次的振動となる過程とは別に、原振動が基盤面２を固体伝播して境界面３に到達して二次的振動となる過程を合わせて、境界面３の二次的振動が元となって聴取者５に二次騒音が到達する場合を示している。
原振動のエネルギーが複数の経路を通って境界面３に到達していること以外、聴取者５に到達する騒音を低減する仕組みについては前述と同様である。

因みに、図６、図９において、境界面３の二次的振動を境界面３と垂直に近い方向の振動として記載しているが、振動はこの方向に限る訳ではなく、境界面と水平な方向の振動成分と複合的な振動であっても構わない。

二次振動検出手段１１の具体例としては、振動を検出するために加速度センサを検出対象に密着して構成したり、コンデンサマイクロフォンを近接或いは密接して構成する方法が考えられる。これによって外乱騒音の影響を軽減して二次的振動を確実に検出できる。

漏洩騒音検出手段１０の具体例としては、狭指向性マイクロフォン、例えばコンデンサマイクロフォンを間隙４に向けて構成する方法が考えられるが、指向性が限定される狭指向性マイクロフォンを間隙４に向けて構成することにより、制御対象とする騒音系以外の音の比率を低下させ、外乱による騒音低減性能劣化を軽減することが出来る。

一方、第１信号処理手段１２及び第２信号処理手段１３にて、本実施の形態ではＦＩＲフィルタ２０４及び３０４と、ＬＭＳアルゴリズム２０３及び３０３を用いたが、二次振動検出手段１１で検出した振動をゼロに近づける適応信号処理回路であればよく、漏洩騒音検出手段１０で検出した騒音をゼロに近づける適応信号処理回路であればよいので、能動的消音方法で一般的に使用されているｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘアルゴリズムを用いたものでもよい。更に、第１信号処理手段１２又は第２信号処理手段１３は適応信号処理ではなく、固定のタップ係数により制御音を生成する構成にしても良い。また、第１信号処理手段１２又は第２信号処理手段１３はデジタル信号処理ではなく、アナログ信号処理回路であってもよい。

また、ＦＩＲフィルタ２０７は、伝達関数Ｈｘに近似した伝達関数を持つ演算回路として用いられているが、同様の機能を持つ他の演算回路であっても良く、ＦＩＲフィルタ３０７は、伝達関数Ｈｙに近似した伝達関数を持つ演算回路として用いられているが、同様の機能を持つ他の演算回路であっても良い。

図１０は本発明の実施の形態１又は２に係わる能動型振動騒音制御装置のその他の適用例を示す図である。即ち、境界面３が例えば建物の窓や薄い壁であって、屋外と屋内を分かち、屋外の各種騒音源、例えば飛行機、自動車、工場などからの一次騒音が届く場合に、境界面３の二次的振動を経て屋内の聴取者５まで二次騒音が到達する、或いは間隙を通じて漏洩騒音が到達する訳であるが、図６及び図７にて説明したように境界面３の振動を制御することにより、屋内騒音を低減することもできる。

１…騒音源、 ２…基盤面、 ３…境界面、 ４…間隙、 ５…聴取者、 ６…騒音検出手段、 ７…振動発生手段、 ８…信号処理手段、 ９、１４…駆動制御手段、 １０…漏洩騒音検出手段、 １１…二次振動検出手段、 １０１、２０１、３０１…入力アンプ、 １０２、２０２、３０２…Ａ／Ｄ変換器、 １０３、２０３、３０３…ＬＭＳアルゴリズム、 １０４、２０４、３０４…ＦＩＲフィルタ、 １０５、２０５、３０５…Ｄ／Ａ変換器、 １０６、２０６、３０６…出力アンプ、 １０７、２０７、３０７…ＦＩＲフィルタ、 １０８、２０８、２０９、３０８…減算手段。

Claims (7)

1. 騒音源振動に起因する騒音が伝播する第一空間と、前記第一空間と境界面により分かたれた第二空間により構成され、前記境界面が前記騒音に起因する二次的振動を生じて第一空間から第二空間へと騒音を伝播させると共に、前記境界面の間隙を通じて騒音が漏れ伝わる空間において、
   前記境界面の二次的振動を検出する二次振動検出手段と、
   前記境界面の間隙から漏れ伝わる漏洩騒音を検出する漏洩騒音検出手段と、
   前記境界面の二次的振動と逆位相となる振動及び前記漏洩騒音と逆位相となる振動とを合わせて発生する振動発生手段と、
   前記二次振動検出手段から出力される振動検出信号に対して逆位相となる信号を生成する第１信号処理手段と、
   前記漏洩騒音検出手段から出力される検出信号に対して逆位相となる信号を生成する第２信号処理手段と、
   前記振動発生手段を駆動する駆動制御手段を備え、
   前記第２信号処理手段は、前記漏洩騒音検出手段の出力値が抑制されるように制御するための制御信号を生成し、
   前記第１信号処理手段は、前記二次振動検出手段の出力値から前記漏洩騒音を打消す為の振動成分を除いた値が抑制されるように制御するための制御信号を生成し、
   前記駆動制御手段は、前記第１信号処理手段で生成される前記制御信号及び前記第２信号処理手段で生成され前記制御信号を合成した結果に基づいて前記振動発生手段を駆動する
   ことを特徴とする能動型振動騒音制御装置。
2. 前記境界面が騒音源振動の固体伝播による二次的振動を含めて第一空間から第二空間へと騒音を伝播させる構成に対して、前記漏洩騒音検出手段の出力値が抑制されるように前記第２信号処理手段が制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の能動型振動騒音制御装置。
3. 前記第１信号処理手段が、
   第１適応信号処理手段と、
   前記第１適応信号処理手段の出力を入力とする第１演算手段と、
   第１減算手段とを備え、
   前記第２信号処理手段が、
   第２適応信号処理手段と、
   前記第２適応信号処理手段の出力を入力とする第２演算手段と、
   前記漏洩騒音検出手段で検出された騒音を表す信号と前記第２演算手段の出力との差分を求める第２減算手段とを備え、
   第１減算手段は、前記二次振動検出手段で検出された漏洩騒音を表す信号から、前記第２適応信号処理手段の出力を引いた信号と前記第１演算手段の出力との差分を求め、
   前記第１適応信号処理手段は、前記二次振動検出手段の出力値から前記漏洩騒音を打消す為の振動成分を除いた値がゼロに近づくように、その伝達関数を自己適応させるものであり、
   前記第２適応信号処理手段は、前記漏洩騒音検出手段で検出された騒音を表す信号がゼロに近づくように、その伝達関数を自己適応させるものであり、
   前記第１演算手段は、前記第１適応信号処理手段の出力側から、前記駆動制御手段、前記振動発生手段、及び前記漏洩騒音検出手段を含み、前記第１適応信号処理手段の入力側までの経路の伝達関数に近似した伝達関数を有し、
   前記第２演算手段は、前記第２適応信号処理手段の出力側から、前記駆動制御手段、前記振動発生手段、及び前記漏洩騒音検出手段を含み、前記第２適応信号処理手段の入力側までの経路の伝達関数に近似した伝達関数を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の能動型振動騒音制御装置。
4. 前記漏洩騒音検出手段として狭指向性マイクロフォンを使用する構成としたことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の能動型振動騒音制御装置。
5. 前記二次振動検出手段として加速度センサを境界面に密着させて使用する構成としたことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の能動型振動騒音制御装置。
6. 前記二次振動検出手段としてマイクロフォンを境界面に密着させて使用する構成としたことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の能動型振動騒音制御装置。
7. 前記振動発生手段としてアクチュエータを境界面に密着させて使用する構成としたことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の能動型振動騒音制御装置。

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