JP6062716B2 - 異常検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカなどの負荷の異常を検知する異常検知装置に関する。

負荷に電圧を印加することにより駆動する装置の異常の有無を検査する際、実際に電圧を印加して異常の有無を人間が知覚によってその装置の動作状態を直接確認する方法が最も単純である。例えば負荷としてスピーカを備えた音響装置においては、スピーカに電圧を印加することによりスピーカから実際に音が聞こえるかどうかを人間が確認する。また、負荷としてモータを備えた駆動装置においては、モータに電圧を印加することによりモータの回転軸の回転により当該駆動装置が正常動作するかを人間が見て確認する。

しかし、このように人間が直接確認する方法においては、検査対象が複数ある場合には、手間や時間がかかり、特に、音が聞こえるかどうかによる確認の際、複数の検査対象のうち聞こえない装置があるのか否かを確認し難い場合があり、誤った判定を行ってしまう可能性が生じる。

これに対して、このような誤った判定を防止するために負荷に対して電気的な検査を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１１−１４６８４２号公報 特開平１０−１３６４９３号公報

特許文献１に記載された方法においては、スピーカに直流電圧を印加し、それによりスピーカに流れる直流電流を検出して、スピーカおよび配線の直流抵抗を測定することで断線の有無を調べることができる。しかし、トランスを用いる伝送回線では、複数のスピーカのそれぞれについて異常判定をしようとすると、各スピーカに並列に直流電圧を印加する装置および直流電流を検出する装置を設置する必要が生じ、装置および配線のコストが増大する。さらに、特許文献１の方法では、直流信号を利用するため、可聴周波数帯域での異常判定を行うことができない。

また、特許文献２には、スピーカに非可聴周波数帯域の検査信号（いわゆるトーン信号）を一定の電圧で供給し、それによりスピーカに流れる電流を検出してスピーカおよび配線のインピーダンスを測定することで異常の有無を判定する方法が開示されている。この方法においては、スピーカに流れる電流を検出する検出器（検知用変圧器）をパワーアンプと直列に接続しており、測定されるインピーダンスが正常時の値から変化すれば、その変化のレベルに応じて断線などの異常箇所を特定することができるようになっている。しかし、この方法によっても、トーン信号の周波数以外の周波数領域における異常判定を行うことができないため、特許文献１の方法と同様に、可聴周波数帯域での異常判定を行うことができない。

さらに、特許文献１，２の何れの方法においても、所定の検査信号を用いる必要があるため、負荷を備えた装置の使用時（放送時など）においては、電圧変化や周波数変化が生じるため、異常判定を行うことができない。

本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、簡単な構成で実使用状態においても異常検知を行うことができる異常検知装置を提供することを目的とする。

本発明に係る異常検知装置は、負荷に印加される電圧を検出する電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、検出された前記電圧および前記電流に基づいて負荷のインピーダンスを算出する算出部と、前記負荷のインピーダンスを所定の参照値と比較して前記負荷の異常を判定する異常判定部とを備え、前記算出部は、検出された前記電圧および前記電流をそれぞれフーリエ変換し、当該フーリエ変換された電圧および電流に基づいて負荷のインピーダンスを算出するものである。

上記構成によれば、負荷の印加電圧および当該負荷に流れる電流をそれぞれフーリエ変換したものを用いて負荷のインピーダンスを算出し、当該インピーダンスを参照値と比較することで異常判定が行われる。このため、負荷に供給される信号成分が異常判定の対象となる周波数領域にある程度存在していれば、当該周波数領域での異常判定が可能となる。したがって、負荷に印加される電圧を検出する電圧検出部と負荷に流れる電流を検出する電流検出部とを接続する簡単な構成で、負荷に供給される信号の種類によらず実使用状態においても異常検知を行うことができる。

前記算出部は、フーリエ変換された電圧および電流からコヒーレンスを算出し、当該コヒーレンスの値が所定のしきい値未満となる周波数において算出される前記負荷のインピーダンスを、前記異常判定部における判定対象から除外することとしてもよい。これによれば、ノイズの影響を受けたり周波数成分が小さ過ぎたりするなどにより、両者の相関が低下して、インピーダンスが正しく算出できない場合であっても、対応する周波数におけるインピーダンスの値を異常判定に用いないことにより、誤判定を防ぐことができる。

前記算出部は、フーリエ変換された電圧および電流からそれぞれのパワースペクトルを算出し、電圧のパワースペクトルおよび電流のパワースペクトルの少なくとも何れか一方がそれぞれに設定される所定のしきい値未満となる周波数において算出される前記負荷のインピーダンスを、前記異常判定部における判定対象から除外することとしてもよい。これによれば、フーリエ変換時に、本来は周波数成分が存在しない周波数領域に小さい周波数成分が生じた場合であっても、対応する周波数におけるインピーダンスの値を異常判定に用いないことにより、誤判定を防ぐことができる。

前記算出部は、予め設定された周波数において算出される前記負荷のインピーダンスを、前記異常判定部における判定対象から除外することとしてもよい。これにより、故障や負荷の変動以外の原因でインピーダンスが変化する周波数領域を異常判定から除外することができ、誤判定を防ぐことができる。

前記算出部は、検出された前記電圧から前記負荷に印加される電圧の実効値を算出するとともに、検出された前記電流から前記負荷に流れる電流の実効値を算出し、前記異常判定部は、前記電圧の実効値が所定の第１の電圧しきい値より小さく、かつ、前記電流の実効値が所定の第１の電流しきい値以上である場合に、短絡と判定することとしてもよい。また、前記算出部は、検出された前記電圧から前記負荷に印加される電圧の実効値を算出するとともに、検出された前記電流から前記負荷に流れる電流の実効値を算出し、前記異常判定部は、前記電圧の実効値が所定の第２の電圧しきい値以上であり、かつ、前記電流の実効値が所定の第２の電流しきい値より小さい場合に、断線と判定することとしてもよい。また、前記算出部は、検出された前記電圧から前記負荷に印加される電圧の実効値を算出するとともに、検出された前記電流から前記負荷に流れる電流の実効値を算出し、前記異常判定部は、前記電圧の実効値が所定の第３の電圧しきい値より小さく、かつ、前記電流の実効値が所定の第３の電流しきい値より小さい場合に、判定不能として異常判定を行わないこととしてもよい。これらによれば、電圧および電流の実効値が所定のしきい値未満である場合には、判定不能、短絡または断線と判定されるため、ノイズなどの影響によりインピーダンスを算出するためのデータとして適切でないデータ（電圧および電流）が得られても、誤判定を防ぐことができる。

本発明は以上に説明したように構成され、簡単な構成で実使用状態においても異常検知を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る異常検知装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は図１に示す異常検出装置における異常判定の処理の流れを示すフローチャートである。 図３は図１に示す異常検知装置の動作の流れを示すフローチャートである。 図４は図１に示す異常検知装置の適用例を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態に係る異常検知装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態においては、パワーアンプからの電力をスピーカに供給することによりスピーカから音を出す音響装置に、異常検知装置が適用された構成を例示する。図１に示すように、パワーアンプ１は、スピーカ２と一対のスピーカケーブル３で接続されている。

異常検知装置４は、スピーカケーブル３に接続された状態で使用される。異常検知装置４は、負荷であるスピーカ２に印加される電圧を検出する電圧検出部５と、スピーカ２に流れる電流を検出する電流検出部６とを備えている。電圧検出部５は、一対の入力部が一対のスピーカケーブル３のそれぞれと接続され、一対のスピーカケーブル３の差分電圧を出力するバッファアンプ７と、バッファアンプ７から出力された電圧をデジタル信号に変換するＡＤ（アナログ−デジタル）変換器８とを備えている。電圧検出部５の一対の入力部は、例えば、パワーアンプ１の一対の出力端子において、スピーカケーブル３と共締めすることでスピーカケーブル３と接続される。バッファアンプ７は、スピーカケーブル３の差分電圧を適切なレベルの信号として出力する。

電流検出部６は、一対のスピーカケーブル３の一方に接続され、スピーカケーブル３に流れる電流を検出し、電圧として出力する電流センサ９と、電流センサ９から出力された電圧が入力されるバッファアンプ１０と、バッファアンプ１０から出力される電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１とを備えている。バッファアンプ１０は、電流センサ９から出力された電圧を適切なレベルの信号として出力する。電流センサ９は、例えばカレントトランスやシャント抵抗などが適用可能である。

なお、電圧検出部５および電流検出部６の構成は、上記の構成に限られず、一対のスピーカケーブル３間の電圧および当該スピーカケーブル３に流れる電流を検出可能な構成であればよい。

異常検知装置４は、電圧検出部５および電流検出部６で検出された電流および電圧に基づいて処理を行う制御部１２を備えている。制御部１２は、マイクロコンピュータおよびＲＡＭなどのメモリなどを備えている。なお、メモリは、フラッシュメモリなどの外部メモリでもよい。

制御部１２は、電圧検出部５で検出された電圧（ＡＤ変換器８の出力信号）および電流検出部６で検出された電流（ＡＤ変換器１１の出力信号）に基づいてスピーカ２のインピーダンスを算出する算出部１３と、スピーカ２のインピーダンスを所定の参照値と比較してスピーカ２の異常を判定する異常判定部１４とを備えている。さらに、制御部１２は、算出部１３および異常判定部１４での演算結果および予め設定される参照値や各種しきい値（後述）などを記憶する記憶部１５も備えている。また、異常検知装置４は、外部機器１７と通信可能に構成される外部インターフェース１６を備えている。これにより、制御部１２の演算結果は、外部インターフェース１６を介して外部機器１７に出力することも可能である。また、外部機器１７から外部インターフェース１６を介して後述するような設定情報を入力することも可能である。

外部インターフェース１６は、例えばＬＡＮやシリアル接続のための接続ポートやＵＳＢポートなどが挙げられるが特に限定されない。また、外部機器１７との接続は、有線または無線の別を問わない。外部機器１７は、例えばパーソナルコンピュータや、スマートフォンなどの携帯端末などが挙げられるが特に限定されない。また、異常検知装置４に直接設定入力を行うための入力部を備えてもよい。

算出部１３は、電圧検出部５で検出された電圧および電流検出部６で検出された電流をそれぞれフーリエ変換し、当該フーリエ変換された電圧および電流に基づいてスピーカ２のインピーダンスを算出する。

フーリエ変換は、ＡＤ変換器８，１１から出力されるデジタル信号に対して窓関数処理および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことにより、実施される。フーリエ変換により電圧および電流は周波数領域表現される。このようなフーリエ変換後の電圧をＶ（ω）、フーリエ変換後の電流をＩ（ω）とする（ωは角周波数）と、インピーダンスＺ（ω）は、以下の式で表される。

さらに、算出部１３は、フーリエ変換された電圧Ｖ（ω）および電流Ｉ（ω）からそれぞれのパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）を算出している。具体的には、電圧のパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω）は、フーリエ変換された電圧Ｖ（ω）に、共役複素数Ｖ^＊（ω）を掛け合わせることにより算出され（Ｇ_ＶＶ（ω）＝Ｖ（ω）・Ｖ^＊（ω））、電流のパワースペクトルＧ_ＩＩ（ω）は、フーリエ変換された電圧Ｉ（ω）に、共役複素数Ｉ^＊（ω）を掛け合わせることにより算出される（Ｇ_ＩＩ（ω）＝Ｉ（ω）・Ｉ^＊（ω））。

さらに、上記式（１）の分母、分子にそれぞれＩ（ω）の共役複素数Ｉ^＊（ω）を掛けることにより、以下の式（２）が得られる。

ここで、Ｇ_ＶＩ（ω）は、電圧と電流とのクロススペクトルを示す。

本実施形態においては、別途電圧および電流のパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）とクロススペクトルＧ_ＶＩ（ω）を使用する（後述）ため、算出部１３は、上記式（２）を用いてインピーダンスＺ（ω）を算出している。

さらに、算出部１３は、フーリエ変換された電圧Ｖ（ω）および電流Ｉ（ω）からコヒーレンスＣＯＨ（ω）を算出する。コヒーレンスＣＯＨ（ω）は、以下の式（３）で表される。

ここで、Ｇ^＊ _ＶＩ（ω）は、電圧と電流とのクロススペクトルＧ_ＶＩ（ω）の共役複素数を示す。コヒーレンスＣＯＨ（ω）は０と１との間の値で示され、１に近づくほど電圧と電流との相関が高い状態となる（理想的な状態に近づく）ことを示している。

また、算出部１３は、電圧検出部５で検出された電圧から当該電圧の実効値Ｖｅを算出し、電流検出部６で検出された電流から当該電流の実効値Ｉｅを算出する。

以上のように算出されたインピーダンスＺ（ω）、パワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）、コヒーレンスＣＯＨ（ω）および実効値Ｖｅ，Ｉｅは、記憶部１５に記憶される。また、これらの値のそれぞれについてしきい値が設定され、記憶部１５に記憶される。なお、各しきい値は、予め記憶部１５に記憶された値でもよいし、上記算出された値から新たに算出することとしてもよい。例えば、算出されたパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）の最大値を予め設定された比率で割った値をしきい値として設定してもよい。また、しきい値は、外部機器１７から入力されることとしてもよい。

以下、異常判定の処理の流れについて説明する。図２は図１に示す異常検出装置における異常判定の処理の流れを示すフローチャートである。まず、異常判定部１４は、電圧の実効値Ｖｅおよび電流の実効値Ｉｅを記憶部１５から読み出し、取得する（ステップＳ１）。異常判定部１４は、電圧の実効値Ｖｅおよび電流の実効値Ｉｅがそれぞれに設定されたしきい値より小さいかどうかをそれぞれ判定する（ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４）。

電圧の実効値Ｖｅが対応するしきい値（第１の電圧しきい値）より小さく、かつ、電流の実効値Ｉｅが対応するしきい値（第１の電流しきい値）以上である場合（ステップＳ２でＹｅｓ→ステップＳ３でＮｏ）、異常判定部１４は、短絡と判定する（ステップＳ６）。反対に、電圧の実効値Ｖｅが対応するしきい値（第２の電圧しきい値）以上であり、かつ電流の実効値Ｉｅが対応するしきい値（第２の電流しきい値）より小さい場合（ステップＳ２でＮｏ→ステップＳ４でＹｅｓ）、異常判定部１４は、断線と判定する（ステップＳ５）。異常判定部１４は、短絡または断線と判定した場合はそれで異常判定処理を終了する。

また、電圧の実効値Ｖｅおよび電流の実効値Ｉｅがともにそれぞれのしきい値（第３の電圧しきい値および第３の電流しきい値）より小さい場合（ステップＳ２でＹｅｓ→ステップＳ３でＹｅｓ）、異常判定部１４は、診断不能と判定し、異常判定を行わない（ステップＳ７）。これは、電圧検出部５および電流検出部６における電圧の検出値と電流の検出値が小さ過ぎた場合、これらの値からは正しいインピーダンスが算出できないため、これを排除するものである。

なお、上記断線、短絡または診断不能の判定に用いられる電圧の実効値および電流の実効値に関して設定される各しきい値（第１〜第３の電圧しきい値および第１〜第３の電流しきい値）は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。なお、図２においてはこれらのしきい値は同じ値として記載している。

電圧の実効値Ｖｅおよび電流の実効値Ｉｅが何れも対応するしきい値（上記断線、短絡または診断不能と判定されない値に設定されたしきい値）以上である場合（ステップＳ２でＮｏ→ステップＳ４でＮｏ）、異常判定部１４は、短絡および断線はないと判定し、以降の異常判定処理を続行する。異常判定部１４は、上記のように算出されたコヒーレンスＣＯＨ（ω）、各パワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）およびそれらに対応する各しきい値を記憶部１５から読み出し、取得する（ステップＳ８）。

異常判定部１４は、コヒーレンスＣＯＨ（ω）がしきい値未満となる周波数（角周波数ω）があるか否かを検出し、あれば、当該周波数を後述する異常判定から除外する対象として設定する（ステップＳ９）。また、異常判定部１４は、電圧のパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω）がしきい値未満となる周波数（角周波数ω）があるか否かを検出し、あれば、当該周波数を後述する異常判定から除外する対象として設定する（ステップＳ１０）。同様に、異常判定部１４は、電流のコヒーレンスＧ_ＩＩ（ω）がしきい値未満となる周波数（角周波数ω）があるか否かを検出し、あれば、当該周波数を後述する異常判定から除外する対象として設定する（ステップＳ１１）。

さらに、異常判定部１４は、除外周波数が予め設定されているかどうかを判定する（ステップＳ１２）。具体的には、異常判定部１４は、予め設定された除外周波数が記憶部１５に記憶されているかどうかを判定する。

除外周波数は、外部機器１７や所定の入力部から予め入力設定され記憶部１５に記憶されている。例えばバスレフ構造のスピーカ２においては、インピーダンスが反共振周波数付近で極大となり、その前後の周波数領域において、急激な変化を示すインピーダンス特性を有する。反共振周波数は音速によって変化するため、温度が変化すると音速も変化し、当該インピーダンスの急激な変化を示す周波数領域がシフトする。周波数領域のシフトが生じると、そのシフト量が微小でも同じ周波数における温度変化前後のインピーダンス変化が大きくなる。そこで、インピーダンス変化が大きい周波数領域を異常判定の対象から除外することが考えられる。

このような除外周波数が設定されている場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、異常判定部１４は、設定されている除外周波数を後述する異常判定から除外する対象として設定する（ステップＳ１３）。

以上のように除外すべき周波数を設定した後、異常判定部１４は、記憶部１５から上記式（２）を用いて算出されたインピーダンスＺ（ω）と、当該インピーダンスの参照値とを読み出し、これらを比較する（ステップＳ１４）。そして、異常判定部１４は、上記のステップにおいて除外した周波数以外の周波数領域において、インピーダンスＺ（ω）と参照値との差または比が予め定められたしきい値以上となる周波数領域があるか否かを判定する（ステップＳ１５）。インピーダンスＺ（ω）と参照値との差または比がしきい値以上となる周波数領域が存在する場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、異常判定部１４は、スピーカ２に異常があると判定する（ステップＳ１６）。一方、インピーダンスＺ（ω）と参照値との差または比がしきい値以上となる周波数領域が存在しない場合（ステップＳ１５でＮｏ）、異常判定部１４は、スピーカ２は正常であると判定する（ステップＳ１７）。すなわち、異常判定部１４は、算出されたインピーダンスＺ（ω）を、正常時のインピーダンス（参照値）と比較し、算出されたインピーダンスＺ（ω）が参照値から逸脱している場合には異常と判定し、逸脱していない場合には正常と判定する。

なお、本明細書および特許請求の範囲における「異常」とは、負荷であるスピーカ２を含む装置の故障だけでなく、負荷の変動も含まれる概念である。例えば負荷がスピーカ２である場合は、スピーカ２が障害物（板）などで塞がれると、放射インピーダンスが変化し、それに伴って算出されるインピーダンスも変化する。また、例えば負荷がモータである場合は、モータの回転対象に対する応力の変動により、電流が変化し、それに伴って算出されるインピーダンスも変化する。本実施形態における異常検知装置４によれば、このような負荷の変動をも検知することができる。

また、異常判定のしきい値は、算出されたインピーダンスＺ（ω）と参照値との差に基づいて設定されてもよいし、両者の比に基づいて設定されてもよい。これに代えて、異常判定部１４が、算出されたインピーダンスＺ（ω）が参照値に基づいて設定された所定の範囲内に含まれるか否かにより異常判定を行うこととしてもよい。

図３は図１に示す異常検知装置の動作の流れを示すフローチャートである。まず、図１に示すように、異常検知装置４をパワーアンプ１とスピーカ２とを繋ぐスピーカケーブル３に接続する（ステップＳ２１）。その後、異常検知装置４の初期設定を行う（ステップＳ２２）。初期設定には、例えば異常検知装置４を外部機器１７と接続するためのネットワーク設定などが含まれる。

さらに、異常検知装置４の参照データの登録も行う（ステップＳ２３）。参照データの登録においては、スピーカ２に所定の信号を出力してスピーカのインピーダンス測定を実際に行い、妥当な測定結果が得られた場合、当該インピーダンス値に基づいて上記異常判定処理に用いる参照値およびしきい値を設定入力し、異常検知装置４の記憶部１５に記憶させる。所定の信号は、ホワイトノイズなど広い周波数帯域にわたって成分を有する試験信号が好ましいが、スピーカ２の通常動作時（異常判定処理時）の負荷における周波数成分を含む限り、特に限定されない。例えば、音声や音楽またはピンクノイズなどでもよい。妥当な測定結果かどうかの判断は、スピーカ２が正常に動作していることが明らかであることや、そのスピーカ２に相応しいインピーダンス特性が得られた場合に妥当であると判断してよい。また、実際にインピーダンス測定を行う代わりに、またはこれに加えて、スピーカ２の製造者などが対応するスピーカ２の参照値を予め提供することとしてもよい。

さらに、異常検知装置４の異常判定処理を行うタイミングや各しきい値の設定などの各種パラメータ設定処理を行う（ステップＳ２４）。異常判定処理を行うタイミングは、期間（所定時間ごとに異常判定処理を行うなど）で設定してもよいし、動作（パワーアンプ１からスピーカ２への出力開始時に異常判定処理を行うなど）に基づいて設定してもよい。なお、本実施形態においては図３に示すように、異常検知装置４の設置時にこのような設定を行うこととしているが、異常検知装置４の設置後において外部機器１７などから上記設定を変更可能としてもよい。これにより、スピーカ２の設置環境の変化に応じてそれに最適な設定に変更することが可能となる。

以上のような設定を終えた後、異常検知装置４は、所定のタイミングにおいて、スピーカ２に印加される電圧およびスピーカ２に流れる電流を検出し（ステップＳ２５）、異常判定部１４による異常判定処理（図２）を実行する（ステップＳ２６）。

異常判定処理の後、制御部１２は、異常判定部１４が異常を検知した（異常判定処理で異常と判定した）かどうかを判定する（ステップＳ２７）。異常を検知した場合には（ステップＳ２７でＹｅｓ）、異常判定の内容を記憶部１５にログとして記憶する（ステップＳ２８）。異常判定の内容には、例えば、判定処理を行った日時、短絡または断線の有無、除外された周波数およびインピーダンスＺ（ω）と参照値との差または比がしきい値以上となった周波数およびその差または比の値などが含まれ得る。そして、異常検知装置４は、外部インターフェース１６を介して外部機器１７に異常である旨の報告を適宜行う（ステップＳ２９）。報告は、異常判定時に都度行うこととしてもよいし、外部機器１７が異常検知装置４に接続され、外部機器１７から異常判定結果の読み出し命令やログの読み出し命令を受けた際に、記憶部１５に記憶されたログに基づいてまとめて行うこととしてもよい。

また、上記のような報告に加えてまたはこれに代えて、制御部１２は、異常判定の結果に応じて外部機器を制御することとしてもよい。例えば、異常と判定された場合に、制御部１２は、ランプを点灯させて管理者に知らせるべく、ランプのスイッチを入れる制御を行ってもよい。また、例えば、異常と判定された場合に、制御部１２は、予備のスピーカ回線に切り替えるような切り替え制御を行ってもよい。このような外部機器のスイッチング制御や切り替え制御のために、異常検知装置４には、制御部１２での異常判定に基づいてスイッチングを行う接点出力が設けられてもよい。接点出力は、例えばリレー回路やトランジスタ等が、流せる電流値や電圧値の仕様、絶縁の有無等に応じて採用される。

なお、異常判定部１４が異常を検知しなかった（正常であると判定された）場合にも（ステップＳ２７でＮｏ）、当該判定結果を記憶部１５にログとして記憶することとしてもよい。また、正常判定についても外部機器１７への報告を行うこととしてもよい。正常判定時の記憶部１５への記憶および外部機器１７への報告の有無を設定により切り替え可能としてもよい。

その後、異常検知装置４は、次回の異常判定処理のタイミングまで待機状態となる（ステップＳ３０）。以降、ステップＳ２５〜Ｓ３０が繰り返し行われる。

上記構成によれば、負荷であるスピーカ２の印加電圧および当該スピーカ２に流れる電流をそれぞれフーリエ変換したものを用いてスピーカ２のインピーダンスＺ（ω）を算出し、当該インピーダンスＺ（ω）を参照値と比較することで異常判定が行われる。このため、スピーカ２に供給される信号成分が異常判定の対象となる周波数領域にある程度存在していれば、当該周波数領域での異常判定が可能となる。したがって、スピーカケーブル３に電圧検出部５と電流検出部６とを接続する簡単な構成で、スピーカ２に供給される信号の種類によらず実使用状態においても異常検知を行うことができる。

また、本実施形態においては、電圧および電流の実効値がしきい値未満である場合には、判定不能、短絡または断線と判定されるため、ノイズなどの影響によりインピーダンスを算出するためのデータとして適切でないデータ（電圧および電流）が得られても、誤判定を防ぐことができる。

さらに、本実施形態においては、コヒーレンスＣＯＨ（ω）がしきい値未満である周波数は異常判定の対象から除外される。コヒーレンスＣＯＨ（ω）が小さくなるということは、スピーカ２に印加される電圧とスピーカ２を流れる電流との相関が低下していることを意味するため、ノイズの影響を受けたり周波数成分が小さ過ぎたりするなどにより、両者の相関が低下していると考えられる。相関が低下すると、インピーダンスが正しく算出できないおそれがある。このため、対応する周波数におけるインピーダンスの値を異常判定に用いないことにより、誤判定を防ぐことができる。

さらに、本実施形態においては、電圧のパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω）および電流のパワースペクトルＧ_ＩＩ（ω）の少なくともいずれか一方がしきい値未満である周波数は異常判定の対象から除外される。有限長のフーリエ変換を行う際に、波形が変化し、本来のパワースペクトルと異なるパワースペクトルが得られる場合がある（例えば本来は周波数成分が存在しない周波数領域に小さい周波数成分が生じる場合がある）。本来のパワースペクトルと異なるパワースペクトルが得られると、インピーダンスが正しく算出できないおそれがある。このため、対応する周波数におけるインピーダンスの値を異常判定に用いないことにより、誤判定を防ぐことができる。

さらに、本実施形態においては、別途設定された周波数成分におけるインピーダンスの値も異常判定に用いないこととすることができる。これにより、故障や負荷の変動以外の原因（例えば温度や湿度などインピーダンスの変動が予め予想される原因）でインピーダンスが変化する周波数領域を異常判定から除外することができ、誤判定を防ぐことができる。

このように、本実施形態における異常判定処理は、上述したような様々な判定処理基準（図２におけるステップＳ２〜Ｓ７）および様々な周波数除外処理（図２におけるステップＳ９〜Ｓ１３）を行うことにより、スピーカ２に送られる信号が様々に変化しても適切な異常判定が可能となる。ここで、スピーカ２に送られる様々な信号について例示する。

（無信号）
通常の放送中などにも生じ得る信号で、スピーカ２に印加される電圧およびスピーカ２を流れる電流が理想的にはともに０となる。しかしながら、ノイズなどの影響により、電圧検出部５で検出される電圧および電流検出部６で検出される電流はいずれも０とならない。したがって、これらのノイズに基づいて異常判定を行うことは適切ではないため、電流および電圧の実効値についてのしきい値を設けて、判定不能とすることにより、誤判定を防ぐことができる。

（音楽信号）
音楽信号は、低周波数成分のエネルギーに比べて高周波数成分エネルギーが小さいものが多く、しかも、エネルギーが大きい周波数が時間的に変動するため、瞬間的に見ると成分が小さい周波数領域が多くなる。成分の小さい周波数領域においては、インピーダンスの算出が正しく行えないおそれがある。ここで、成分の小さい周波数領域においてはコヒーレンスＣＯＨ(ω)が小さくなる傾向があるため、コヒーレンスＣＯＨ（ω）についてのしきい値を設けて、しきい値未満の周波数領域を異常判定から除外することにより、音楽信号を用いて異常判定を行いつつ、誤判定を防ぐことができる。さらに、電圧および電流のそれぞれについて成分の微小な周波数領域を除外するために、電圧のパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω）および電流のパワースペクトルＧ_ＩＩ（ω）についてのしきい値を設けて、しきい値未満の周波数領域を異常判定から除外することにより、音楽信号を用いて異常判定を行いつつ、誤判定を防ぐことができる。

（音声信号）
音声信号は、音楽信号と同様、成分の小さい周波数領域が多く存在し、インピーダンスの算出が正しく行えないおそれがある。したがって、音楽信号の場合と同様に、コヒーレンスＣＯＨ（ω）および各パワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）についてのしきい値をそれぞれ設けて、しきい値未満の周波数領域を異常判定から除外することにより、音声信号を用いて異常判定を行いつつ、誤判定を防ぐことができる。

（ホワイトノイズ）
ホワイトノイズは、全周波数領域で成分が存在するため、全周波数領域における正しいインピーダンスの算出が期待できる。しかし、パワーアンプ１からスピーカ２へ出力される信号に対して帯域制限処理が施される音響装置がある。例えば信号伝送ラインにトランスが用いられる構成においては、磁気回路が飽和しないように高域通過フィルタが設けられ、低周波数成分が減衰される。また、例えば２ウェイスピーカシステムなどのように、低周波数領域を担当するスピーカと、高周波数領域を担当するスピーカとが異なるスピーカ２で構成され、各スピーカ２にそれぞれパワーアンプ１が設けられている構成においては、各パワーアンプ１には、予め高域通過フィルタや低域通過フィルタなどが設けられ、帯域制限される。この場合においては、成分が小さい周波数領域が存在することとなり、成分が小さい周波数領域では、インピーダンスの算出が正しく行えないおそれがある。したがって、音楽信号の場合と同様に、コヒーレンスＣＯＨ（ω）および各パワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）についてのしきい値をそれぞれ設けて、しきい値未満の周波数領域を異常判定から除外することにより、ホワイトノイズを用いて異常判定を行いつつ、誤判定を防ぐことができる。

（ピンクノイズ）
ピンクノイズも全周波数領域で成分が存在するが、高周波数領域ではエネルギーが小さい。また、ホワイトノイズの場合と同様に、帯域制限処理が施される構成においては成分が小さい周波数領域が存在することとなる。成分が小さい周波数領域では、インピーダンスの算出が正しく行えないおそれがある。したがって、音楽信号の場合と同様に、コヒーレンスＣＯＨ（ω）および各パワースペクトルＧ_ＶＶ（ω），Ｇ_ＩＩ（ω）についてのしきい値をそれぞれ設けて、しきい値未満の周波数領域を異常判定から除外することにより、ピンクノイズを用いて異常判定を行いつつ、誤判定を防ぐことができる。

（正弦波信号）
正弦波信号に有限長のフーリエ変換を適用すると、その結果は、線スペクトルにはならず、正弦波の周波数以外の周波数領域にも成分が存在してしまう。これは、フーリエ変換する対象の有限長の時間信号が、当該時間信号の時間長（窓）を周期とする繰り返し信号であることを前提にフーリエ変換していることによる。つまり、窓の繋ぎ目で信号の不連続が生じると、フーリエ変換する対象が元の正弦波とは異なる波形となってしまう。この不連続をなくすために、一般的に、フーリエ変換する前に窓関数処理が行われる。窓関数処理を行うことにより、正弦波の周波数以外の周波数領域における成分は幾分抑えられるが、正弦波の周波数以外の周波数領域における成分は完全にはなくならない。本来存在しない周波数におけるインピーダンスの算出は、異常判定において誤判定の原因となるおそれがある。したがって、電圧および電流のそれぞれについて成分の微小な周波数領域を除外するために、電圧のパワースペクトルＧ_ＶＶ（ω）および電流のパワースペクトルＧ_ＩＩ（ω）についてのしきい値を設けて、しきい値未満の周波数領域を異常判定から除外することにより、正弦波信号を用いて異常判定を行いつつ、誤判定を防ぐことができる。

以上のように、本実施形態においては、可聴帯域内の周波数成分を有する信号を異常判定に利用可能である。さらに、可聴帯域外の周波数成分を有する信号も異常判定に利用可能である。例えば、可聴帯域以外の正弦波（例えば２１ｋＨｚの正弦波など）を常時スピーカ２に出力することで、スピーカ２の可聴範囲内にいる人に不快感を与えずに、常時異常判定を行うことができる。また、可聴帯域内の周波数であっても、人間の聴覚の感度が低い帯域（低周波数領域、高周波数領域）のバンドパスノイズを小さいレベルで常時出力することによってもスピーカ２の可聴範囲内にいる人に不快感を与えずに、常時異常判定を行うことができる。

ここで、以下に上記構成の異常検知装置４を複数のスピーカを有する音響装置に適用した場合の異常判定処理についてより具体的に説明する。図４は図１に示す異常検知装置の適用例を示す概略構成図である。なお、上記実施形態の構成と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図４に示す例においても、異常検知装置４は、スピーカケーブル３に電圧検出部５および電流検出部６が接続されている。異常検知装置４には、ＬＡＮなどのネットワークＮを介して異常検知装置４の設定入力および判定結果の出力を行うパーソナルコンピュータなどの外部機器１７が接続されている。

本例において、スピーカケーブル３には、複数のスピーカ２ａ，２ｂ，…，２ｎ，…（以下、まとめて２Ｎと表記する場合がある）が互いに並列に接続されている。また、パワーアンプ１には、入力としてマイクロホン１８や例えばオーディオプレイヤや楽器などの演奏機器１９などの音響入力を混合するミキサ２０が接続されている。このように本例の音響装置においては、マイクロホン１８によるアナウンスおよび演奏機器１９によるＢＧＭの放送を複数のスピーカ２Ｎで出力するような構成を有している。このような音響装置は、例えば、商業施設の放送設備に適用される。このような構成においても、図３に示したのと同様に異常検知装置４が設置、運用され、図１および図２で示したのと同様に、異常検知装置４は、所定のタイミングで異常判定処理を行う。異常判定処理の結果は、異常検知装置４の記憶部１５にログとして記憶され、適宜、外部機器１７へ電子メールなどにより転送される。

異常検知装置４の設置時において設定される参照値および各しきい値は、例えば、複数のスピーカ２がすべて正常に動作している状態で演奏機器１９から所定の音楽信号を出力することにより、測定されたインピーダンスに基づいて設定される。

異常検知装置４の設置後、例えばパワーアンプ１に近い側から２つ目のスピーカ２ｂと３つ目のスピーカ２ｃとの間のスピーカケーブル３（図４における（Ａ）の位置）が何らかの原因（例えばネズミに齧られた等）により断線したとする。この状態で、異常検知装置４が異常判定処理を開始した場合、算出されるインピーダンスＺ（ω）は、３つ目以降のスピーカ２ｃ，２ｄ，…が取り外された状態と同様の状態となるため、正常動作時の値（すなわち上記で設定されるような参照値）に対して変化する。

例えば、インピーダンス特性が等しい１０個のスピーカを備える構成の場合、上記断線が生じると、２個のスピーカ２ａ，２ｂが並列接続されたときのインピーダンスＺ（ω）となるため、正常動作時の値（参照値）に比べて５倍のインピーダンスＺ（ω）が算出される。このため、異常判定処理において、異常と判定される。この結果、外部機器１７に異常判定が生じたことが電子メールなどにより報告される。外部機器１７の所持者（管理者など）は、外部機器１７を通じて音響装置の異常状態を確認することができる。

例えば、異常時のインピーダンスを記憶することにより、管理者は、断線が生じた場所を特定することができる。さらに、正常と判定された際のログも記憶することにより、管理者は、ログをたどっていつまで正常に動作しているかを把握することができる。

なお、異常判定のためのインピーダンスＺ（ω）と参照値との差または比についてのしきい値を例えばスピーカ１個分より小さい値に設定することにより、スピーカ２Ｎがスピーカケーブル３に接続されている何れの場所において断線が生じても異常が発生したとして判定を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施形態においては、負荷としてスピーカ２を備えた音響装置に異常検知装置４を適用する例について主に説明したが、本発明はこれに限られず、電圧を印加することによって駆動する負荷であればどのような負荷についても本発明の異常検知装置を適用可能である。また、上記実施形態においては、負荷であるスピーカ２を備えた音響装置に、異常検知装置４を接続して使用する態様を例示したが、本発明の異常検知装置は、パワーアンプ１またはスピーカ２内に設けられることとしてもよいし、パワーアンプ１、スピーカ２および異常検知装置４を含む１つのシステムとして構成されてもよい。すなわち、本発明の異常検知装置は、負荷およびそれを駆動する装置のいずれかに一体的に構成されてもよいし、負荷およびそれを駆動する装置と異常検知装置とを一体のシステムとして構成してもよい。

本発明の異常検知装置は、簡単な構成で実使用状態においても異常検知を行うために有用である。

１ パワーアンプ
２ スピーカ（負荷）
３ スピーカケーブル
４ 異常検知装置
５ 電圧検出部
６ 電流検出部
７，１０ バッファアンプ
８，１１ ＡＤ変換器
９ 電流センサ
１２ 制御部
１３ 算出部
１４ 異常判定部
１５ 記憶部
１６ 外部インターフェース
１７ 外部機器
１８ マイクロホン
１９ 演奏機器
２０ ミキサ

Claims (6)

1. 負荷に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
   負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、
   検出された前記電圧および前記電流に基づいて負荷のインピーダンスを算出する算出部と、
   前記負荷のインピーダンスを所定の参照値と比較して前記負荷の異常を判定する異常判定部とを備え、
   前記算出部は、検出された前記電圧および前記電流をそれぞれフーリエ変換し、当該フーリエ変換された電圧および電流に基づいて負荷のインピーダンスおよびコヒーレンスを算出し、該コヒーレンスの値が所定のしきい値未満となる周波数において算出される前記負荷のインピーダンスを、前記異常判定部における判定対象から除外する、異常検知装置。
2. 前記算出部は、フーリエ変換された電圧および電流からそれぞれのパワースペクトルを算出し、電圧のパワースペクトルおよび電流のパワースペクトルの少なくとも何れか一方がそれぞれに設定される所定のしきい値未満となる周波数において算出される前記負荷のインピーダンスを、前記異常判定部における判定対象から除外する、請求項１に記載の異常検知装置。
3. 前記算出部は、予め設定された周波数において算出される前記負荷のインピーダンスを、前記異常判定部における判定対象から除外する、請求項１または２に記載の異常検知装置。
4. 前記算出部は、検出された前記電圧から前記負荷に印加される電圧の実効値を算出するとともに、検出された前記電流から前記負荷に流れる電流の実効値を算出し、
   前記異常判定部は、前記電圧の実効値が所定の第１の電圧しきい値より小さく、かつ、前記電流の実効値が所定の第１の電流しきい値以上である場合に、短絡と判定する、請求項１〜３の何れかに記載の異常検知装置。
5. 前記算出部は、検出された前記電圧から前記負荷に印加される電圧の実効値を算出するとともに、検出された前記電流から前記負荷に流れる電流の実効値を算出し、
   前記異常判定部は、前記電圧の実効値が所定の第２の電圧しきい値以上であり、かつ、前記電流の実効値が所定の第２の電流しきい値より小さい場合に、断線と判定する、請求項１〜４の何れかに記載の異常検知装置。
6. 前記算出部は、検出された前記電圧から前記負荷に印加される電圧の実効値を算出するとともに、検出された前記電流から前記負荷に流れる電流の実効値を算出し、
   前記異常判定部は、前記電圧の実効値が所定の第３の電圧しきい値より小さく、かつ、前記電流の実効値が所定の第３の電流しきい値より小さい場合に、判定不能として異常判定を行わない、請求項１〜５の何れかに記載の異常検知装置。

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