JP6226555B2 - 騒音低減装置及び騒音低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、騒音低減装置及び騒音低減方法に関する。

泥水シールド工事等の工事現場では、泥水中に含まれる土砂等の固形物の分離及び脱水を行うために振動篩装置が用いられる。この振動篩装置は、篩網を一定の振動数で振動させることによって固形物等の篩い分けを行うものであるため、超低周波音（周波数が２０Ｈｚ以下の音）が含まれる騒音が発生する。上記の工事現場では、複数台の振動篩装置が同時稼働されることが多いため、各々の振動篩装置が発生する騒音が重畳されてうなりが生じてしまい騒音が大きくなる虞がある。

また、工場やプラント等では、例えば流体の冷却を行う冷却塔等の設備機器が用いられる。このような設備機器は、例えば冷却対象の流体や冷媒の循環等を行うためのファン（冷却ファン）を備えているため、ファンが回転することによって超低周波音が含まれる騒音が発生し得る。ここで、設備機器に複数のファンが設けられている場合には、上記の複数台の振動篩装置が同時稼働される場合と同様に、各々のファンが発生する騒音が重畳されてうなりが生じてしまい騒音が大きくなる虞がある。

以下の特許文献１〜３には、複数の振動装置から発生される騒音を低減する技術が開示されている。具体的に、以下の特許文献１〜３には、複数の振動装置を同じ振動数（周波数）で駆動するとともに、複数の振動装置間の振動の位相差が目標位相差（例えば、１８０［度］）となるように制御することで、振動装置の各々が発生する騒音を打ち消す（相殺する）技術が開示されている。尚、以下の特許文献３には、複数の振動装置が発生する騒音の音圧レベルを複数箇所で検出し、この検出した音圧レベルを上記の位相差（複数の振動装置間の振動の位相差）に関連付けることで、所望の方向で音圧レベルが低くなるような最適の位相差を得る点も開示されている。

特開昭５９−６９５４８号公報 特許第３３７１２０９号公報 特許第２９２５５４０号公報

ところで、上述した特許文献１〜３に開示された技術は何れも、複数の振動装置間の振動の位相差が、オペレータによって手動で設定された目標位相差（例えば、１８０［度］）となるように制御するものである。周囲の環境の影響を考慮する必要のない理想的な条件下では、上述した特許文献１〜３に開示された技術のように制御すれば、複数の振動装置から発生する騒音を効果的に低減することができるものと考えられる。

しかしながら、実際には、複数の振動装置の間の距離や周囲の環境の影響（例えば、音の反射等）によって、騒音を効果的に低減し得る最適な目標位相差が１８０［度］からずれることがあり得る。また、周囲の環境が変化した場合には、最適な目標位相差が動的に変動することもあり得る。このため、上述した特許文献１〜３に開示された技術のように制御したとしても、必ずしも複数の振動装置から発生する騒音を効果的に低減できるとは限らないという問題がある。尚、この問題は、振動装置から発生する騒音を低減する場合のみならず、ファン等の回転装置から発生する騒音を低減する場合も同様に生ずる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の装置から発生する騒音を周囲の環境等に応じて効果的に低減することが可能な騒音低減装置及び騒音低減方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の騒音低減装置は、周期的な動作を行う複数の対象装置（Ｂ１、Ｂ２）の動作状態をそれぞれ検出するセンサ（１１ａ、１１ｂ）と、該センサの検出結果に基づいて前記対象装置の動作周波数及び前記対象装置間の位相差を制御する制御部（２０）とを備える騒音低減装置（１）において、前記対象装置から発せられる騒音の合成音を測定するマイクロフォン（１２）と、前記マイクロフォンの測定結果を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて前記制御部により制御される前記位相差を変化させて、前記合成音が最小になる位相差の探索を行う探索部（３０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の騒音低減装置は、前記探索部が、前記近傍探索アルゴリズムを用いた探索を、少なくとも前記制御部が前記対象装置の制御を行っている間は継続して行うことを特徴としている。
また、本発明の騒音低減装置は、前記探索部が、前記合成音の音圧が最小になる位相差の探索を行うことを特徴としている。
また、本発明の騒音低減装置は、前記探索部が、前記近傍探索アルゴリズムとして、前記位相差の変化量を固定して探索を行う固定ステップ探索法、前記マイクロフォンの測定結果に応じて前記位相差の変化量を変えながら探索を行う可変ステップ探索法、或いは前記位相差の変化量をランダムに変えながら探索を行う順次ランダム探索法を用いることを特徴としている。
また、本発明の騒音低減装置は、前記マイクロフォンが、無指向性のマイクロフォンであることを特徴としている。
また、本発明の騒音低減装置は、前記対象装置が、前記周期的な動作として振動動作又は回転動作を行うものであることを特徴としている。
本発明の騒音低減方法は、周期的な動作を行う複数の対象装置（Ｂ１、Ｂ２）から発せられる騒音を低減する騒音低減方法であって、前記対象装置の動作状態をそれぞれ検出する第１ステップと、前記第１ステップの検出結果に基づいて前記対象装置の動作周波数及び前記対象装置間の位相差を制御する第２ステップと、前記対象装置から発せられる騒音の合成音を測定する第３ステップ（Ｓ１２，Ｓ１５、Ｓ３２，Ｓ３７）と、前記第３ステップの測定結果を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて前記第２ステップで制御される前記位相差を変化させて、前記合成音が最小になる位相差の探索を行う第４ステップ（Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ２４、Ｓ３３〜Ｓ３６，Ｓ３８〜Ｓ４１）とを有することを特徴としている。
また、本発明の騒音低減方法は、前記第３，第４ステップが、少なくとも前記第１，第２ステップが行われている間は継続して行われることを特徴としている。
また、本発明の騒音低減方法は、前記第４ステップが、前記合成音の音圧が最小になる位相差の探索を行うステップであることを特徴としている。
また、本発明の騒音低減方法は、前記第４ステップが、前記近傍探索アルゴリズムとして、前記位相差の変化量を固定して探索を行う固定ステップ探索法、前記第３ステップの測定結果に応じて前記位相差の変化量を変えながら探索を行う可変ステップ探索法、或いは前記位相差の変化量をランダムに変えながら探索を行う順次ランダム探索法を用いるステップであることを特徴としている。

本発明によれば、対象装置から発せられる騒音の合成音を測定し、合成音の測定結果を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて制御部により制御される位相差を変化させて、合成音が最小になる位相差の探索を行っており、合成音を最小にし得る位相差が自動的に得られるため、複数の装置から発生する騒音を周囲の環境等に応じて効果的に低減することが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による騒音低減装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における振動装置間の位相差とマイクロフォンで測定される合成音の振幅との関係を示す図である。 本発明の一実施形態で行われる可変ステップ探索法を用いた位相差の探索方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態で行われる順次ランダム探索法を用いた位相差の探索方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による騒音低減装置及び騒音低減方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による騒音低減装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の騒音低減装置１は、近接センサ１１ａ，１１ｂ（センサ）、マイクロフォン１２、コントローラ１３、及びインバータ１４を備えており、振動装置Ｂ１，Ｂ２（対象装置）で発生する騒音を低減する。

ここで、振動装置Ｂ１，Ｂ２は、例えば泥水シールド工事等の工事現場において、泥水中に含まれる土砂等の固形物の分離及び脱水を行うために用いられる振動篩装置である。この振動篩装置は、例えばモータ、偏心シャフト、及び篩網（何れも図示省略）を備えており、モータによって偏心シャフトを回転させて篩網を振動させることにより、固形物等の篩い分けを行う。

振動装置Ｂ１は、不図示の駆動装置から出力される駆動パルスＤ１によって駆動され、振動装置Ｂ２は、インバータ１４から出力される駆動パルスＤ２によって駆動される。駆動パルスＤ１は、一定の周波数（例えば、電源周波数）を有するパルスであり、駆動パルスＤ２は、コントローラ１３の制御によって規定される周波数を有するパルスである。従って、振動装置Ｂ１は、一定の周波数（周期）で振動し、振動装置Ｂ２は、駆動パルスＤ２の周波数に応じた周波数（周期）で振動する。但し、振動装置Ｂ１，Ｂ２の振動周波数は、篩い分けが行われる固形物等の重量に応じて多少変動することがある。

近接センサ１１ａ，１１ｂは、振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転状態（動作状態）をそれぞれ検出する。具体的に、近接センサ１１ａは、振動装置Ｂ１に設けられているモータの近傍に取り付けられており、モータの特定部位（例えば、回転軸に取り付けられている金属片）の近接状態に応じてレベルが変化するパルス信号Ｓ１を出力する。同様に、近接センサ１１ｂは、振動装置Ｂ２に設けられているモータの近傍に取り付けられており、モータの特定部位の近接状態に応じてレベルが変化するパルス信号Ｓ２を出力する。これらパルス信号Ｓ１，Ｓ２は、モータの特定部位が近接センサ１１ａ，１１ｂに最近接している状態のときには「Ｈ（ハイ）」レベルになり、他の状態のときには「Ｌ（ロー）」レベルになる。

マイクロフォン１２は、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音の合成音を測定し、その測定結果を示す測定信号Ｓ１０を出力する。このマイクロフォン１２は、例えばあらゆる方向からの音を測定可能な無指向性（全指向性）のものであり、騒音の低減を行いたい場所（騒音を低減すべき場所）に設置される。ここで、マイクロフォン１２は、少なくとも低減したい騒音を測定することが可能であれば、任意の周波数特性を有するものを用いることができる。尚、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音に含まれる超低周波音（周波数が２０Ｈｚ以下の音）を低減する場合には、超低周波音に対する感度が高いものを用いるのが望ましい。

コントローラ１３は、振動制御部２０（制御部）及び最適位相差探索部３０（探索部）を備えており、近接センサ１１ａ，１１ｂからのパルス信号Ｓ１，Ｓ２及びマイクロフォン１２からの測定信号Ｓ１０を用いて指令信号Ｃ１を生成して振動装置Ｂ２の振動を制御する。具体的に、コントローラ１３は、振動装置Ｂ２に設けられているモータに対する速度指令信号を、上記指令信号Ｃ１として生成してインバータ１４に出力し、振動装置Ｂ２の振動周波数（動作周波数）及び振動装置Ｂ１，Ｂ２間の振動の位相差（位相差）を制御する。

振動制御部２０は、周波数位相差検出部２１、演算部２２、演算部２３、位相差制御部２４、演算部２５、及び周波数制御部２６を備えており、上記パルス信号Ｓ１，Ｓ２及び最適位相差探索部３０から出力される目標位相差（Φ）を示す信号に基づいて指令信号Ｃ１を生成する。周波数位相差検出部２１は、パルス信号Ｓ１，Ｓ２から振動装置Ｂ１，Ｂ２の振動周波数（ｆ１，ｆ２）をそれぞれ検出するとともに、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差（θ）を検出する。演算部２２は、周波数位相差検出部２１で検出された振動装置Ｂ１の振動周波数（ｆ１）と振動装置Ｂ２の振動周波数（ｆ２）との差分を演算する。

演算部２３は、最適位相差探索部３０からの目標位相差（Φ）と、周波数位相差検出部２１で検出された振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差（θ）との差分を演算する。位相差制御部２４は、演算部２２の演算結果（ｆ１−ｆ２）と演算部２３の演算結果（Φ−θ）とを用いて、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差を制御する指令値を生成する。演算部２５は、演算部２２の演算結果（ｆ１−ｆ２）と位相差制御部２４から出力される指令値とを加算する演算を行う。周波数制御部２６は、演算部２５の演算結果に基づいて振動装置Ｂ２の振動周波数を制御する指令信号Ｃ１を生成する。

最適位相差探索部３０は、マイクロフォン１２からの測定信号Ｓ１０を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて目標位相差（Φ）を変化させて、測定信号Ｓ１０（マイクロフォン１２で測定される合成音）が最小になる位相差の探索を行う。例えば、最適位相差探索部３０は、測定信号Ｓ１０からマイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を求め、この音圧が最小になる位相差の探索を行う。尚、測定信号Ｓ１０に含まれる特定の周波数成分（例えば、超低周波音の周波数成分）を抽出するフィルタを最適位相差探索部３０に設け、この特定の周波数成分が最小になる位相差の探索を行うようにしても良い。

最適位相差探索部３０は、騒音低減装置１の電源が投入されて、振動制御部２０が振動装置Ｂ２の制御を行っている間は、上記の探索を継続して行う。これは、振動装置Ｂ１，Ｂ２自体や周囲の環境が変化した場合であっても、その変化に応じて騒音を効果的に低減し得る最適な目標位相差を自動的に求めるためである。これにより、例えば振動装置Ｂ１，Ｂ２の振動状態の変化（例えば、可動部質量の増大等）に応じて、天気の変化（晴れ、雨、雪等）に応じて、或いは周囲の構造物の変化（新築、取り壊し、倒壊等）に応じて最適な目標位相差が自動的に求められることになる。

ここで、最適位相差探索部３０は、近傍探索アルゴリズムとして、「固定ステップ探索法」、「可変ステップ探索法」、「順次ランダム探索法」等を用いる。「固定ステップ探索法」は、位相差の変化量を固定して探索を行う探索法である。「可変ステップ探索法」は、マイクロフォン１２からの測定信号Ｓ１０に応じて位相差の変化量を変えながら探索を行う探索法である。「順次ランダム探索法」は、位相差の変化量をランダムに変えながら探索を行う探索法である。上記の「可変ステップ探索法」及び「順次ランダム探索法」の詳細な説明は後述する。尚、上記の「固定ステップ探索法」は、位相差を一定量ずつ変化させながら測定信号Ｓ１０が最小となる位相差を探索する単純な探索法であるため、詳細な説明は省略する。

図２は、本発明の一実施形態における振動装置間の位相差とマイクロフォンで測定される合成音の振幅との関係を示す図である。尚、図２においては、横軸に振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差をとり、縦軸にマイクロフォン１２で測定される合成音の振幅をとってある。図２中における位相差αは、マイクロフォン１２で測定される合成音の振幅が最小となる最適位相差であり、周囲の環境の影響を考慮する必要のない理想的な条件下では１８０［度］である。

図２に示す例において、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差が０〜α［度］の範囲では、位相差が大きくなるにつれてマイクロフォン１２で測定される合成音の振幅が単調に減少する。これに対し、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差がα〜３６０［度］の範囲では、位相差が大きくなるにつれてマイクロフォン１２で測定される合成音の振幅が単調に増加する。但し、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差が最適位相差αに近い値では、マイクロフォン１２で測定される合成音の振幅が小さくなり、暗騒音（対象とする振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音以外の騒音）が支配的になるため合成音の振幅が一定の値になる。

このように、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差とマイクロフォン１２で測定される合成音の振幅との関係は、位相差の変化に応じて合成音の振幅がほぼ単調減少又は単調増加する関係にある。このため、最適位相差探索部３０は、測定信号Ｓ１０（マイクロフォン１２で測定される合成音）が最小になる位相差の探索を、近傍探索アルゴリズムを用いて効率的に行うようにしている。尚、周囲の環境の影響（例えば、音の反射等）によって、最適位相差α以外の位相差で合成音の振幅が極小となる部分が生じたとしても、近傍探索アルゴリズムを用いた位相差の探索を継続すれば、最終的に最適位相差αを探索することが可能である。

インバータ１４は、振動装置Ｂ２に対して設けられ、コントローラ１３の振動制御部２０から出力される指令信号Ｃ１に応じた駆動パルスＤ２を生成して振動装置Ｂ２に出力する。つまり、インバータ１４は、コントローラ１３の制御の下で、振動装置Ｂ２の振動周波数及び振動装置Ｂ２の位相（振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差）の制御に用いられる駆動信号を生成する。

次に、上記構成における騒音低減装置１の動作について説明する。振動装置Ｂ１，Ｂ２及び騒音低減装置１の電源が投入されると、不図示の駆動装置からの駆動パルスＤ１が振動装置Ｂ１に入力されるとともに、コントローラ１３から出力される指令信号Ｃ１（初期値）に応じたインバータ１４からの駆動パルスＤ２が振動装置Ｂ２に入力される。すると振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータが回転を開始し、これにより振動装置Ｂ１，Ｂ２の振動が開始される。

振動装置Ｂ１，Ｂ２の振動が開始されると、振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転状態が近接センサ１１ａ，１１ｂによってそれぞれ検出され、近接センサ１１ａ，１１ｂからコントローラ１３に対してパルス信号Ｓ１，Ｓ２が出力される（第１ステップ）。近接センサ１１ａ，１１ｂからのパルス信号Ｓ１１，Ｓ１２がコントローラ１３に入力されると、コントローラ１３内の周波数位相差検出部２１で、振動装置Ｂ１の振動周波数（ｆ１）及び振動装置Ｂ２の振動周波数（ｆ２）が検出されるとともに、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差（θ）が検出される。

周波数位相差検出部２１で検出された振動装置Ｂ１の振動周波数（ｆ１）及び振動装置Ｂ２の振動周波数（ｆ２）は演算部２２に出力され、演算部２２においてこれらの差分（ｆ１−ｆ２）が演算される。また、周波数位相差検出部２１で検出された振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差（θ）は演算部２３に出力され、演算部２３において最適位相差探索部３０から出力される目標位相差（Φ）の初期値と振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差（θ）との差分が演算される。

演算部２２の演算結果（ｆ１−ｆ２）及び演算部２３の演算結果（Φ−θ）は位相差制御部２４に入力され、位相差制御部２４において、これらの演算結果を用いた指令値（振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差を制御する指令値）の生成が行われる。位相差制御部２４で生成された指令値は演算部２５に出力され、演算部２５において演算部２２の演算結果（ｆ１−ｆ２）と位相差制御部２４で生成された指令値とを加算する演算が行われる。演算部２５の演算結果は周波数制御部２６に出力され、周波数制御部２６において、演算部２５の演算結果に基づいた指令信号Ｃ１の生成が行われる。周波数制御部２６で生成された指令信号Ｃ１はインバータ１４に出力される。

インバータ１４は指令信号Ｃ１に応じた駆動パルスＤ２を生成して振動装置Ｂ２に出力する。ここで、インバータ１４に入力される指令信号Ｃ１は、振動装置Ｂ２に設けられているモータに対する速度指令信号である。このため、インバータ１４で生成された駆動信号Ｂ２が振動装置Ｂ２に入力されると、振動装置Ｂ２に設けられたモータの回転速度が変化する。

コントローラ１３に設けられた位相差制御部２４は、演算部２３の演算結果（Φ−θ）が零になるように位相制御し、周波数制御部２６は、演算部２２の演算結果（ｆ１−ｆ２）が零なるように周波数制御する（第２ステップ）。このため、以上の動作が繰り返されて、位相差制御部２４による位相制御及び周波数制御部２６による周波数制御が継続されることによって、振動装置Ｂ１，Ｂ２は同じ振動周波数で振動するようになり、振動装置Ｂ１，Ｂ２間の位相差は目標位相差（Φ）にされる。

以上の制御が行われている間、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音の合成音がマイクロフォン１２で測定され、マイクロフォン１２からコントローラ１３内の最適位相差探索部３０に対して測定信号Ｓ１０が出力される。そして、最適位相差探索部３０において、マイクロフォン１２からの測定信号Ｓ１０を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて目標位相差（Φ）を変化させて、測定信号Ｓ１０（マイクロフォン１２で測定される合成音）が最小になる位相差を探索する処理が行われる。

ここで、前述した通り、最適位相差探索部３０は、近傍探索アルゴリズムとして、「固定ステップ探索法」、「可変ステップ探索法」、「順次ランダム探索法」等を用いる。以下では、最適位相差探索部３０で行われる「可変ステップ探索法」を用いた位相差の探索方法、及び「順次ランダム探索法」を用いた位相差の探索方法の詳細について順に説明する。

［可変ステップ探索法］
図３は、本発明の一実施形態で行われる可変ステップ探索法を用いた位相差の探索方法を示すフローチャートである。尚、図３に示す処理は、例えば騒音低減装置１の電源が投入されて、振動制御部２０による振動装置Ｂ２の制御が開始されると同時に開始される。尚、可変ステップ探索法を用いた位相差の探索では、予め値が設定された位相差の変化量の最小値Δθ_ｍｉｎ、及び探索を行う上で必要となるパラメータｑ，ｎ（詳細は後述する）が用いられる。

処理が開始されると、まず探索を行う処理を行う上で必要となる目標位相差（Φ）及び位相差の変化量（Δθ）の初期値を設定する処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ１１）。上記目標位相差（Φ）の初期値としては、例えば１８０［度］が設定され、上記位相差の変化量（Δθ）の初期値としては、例えば予め実験やシミュレーション等を行って求められた値が設定される。尚、以下では、位相差の変化量（Δθ）の初期値をΔθ_ｉｎｉｔと表記する。

初期値の設定が終了すると、次にマイクロフォン１２から出力される測定信号Ｓ１０から、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を算出し、算出した音圧を評価値（Ｖ１）とする処理が最適位相差探索部３０で行われる。つまり、目標位相差（Φ）が初期値に設定されているときに、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を評価値（Ｖ１）として算出する処理が行われる（ステップＳ１２）。

次いで、現在の目標位相差（Φ）に位相差の変化量（Δθ）を加算して、目標位相差（Φ）の値をΔθだけ変化させる処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ１３）。かかる処理が行われると、ステップＳ１３で変化させた目標位相差が振動装置Ｂ２の制御に反映されるように一定時間待機する処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ１４）。ここで、最適位相差探索部３０の待機時間は、予め規定された位相差変更周期（例えば、数十秒〜数分程度）である。

続いて、マイクロフォン１２から出力される測定信号Ｓ１０から、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を算出し、算出した音圧を評価値（Ｖ２）とする処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ１５）。つまり、目標位相差（Φ）の値を初期値からΔθだけ変化させたときに、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を評価値（Ｖ２）として算出する処理が行われる。

以上の処理が終了すると、ステップＳ１５で算出された評価値（Ｖ２）が、ステップＳ１２で算出された評価値（Ｖ１）よりも大きいか否かが最適位相差探索部３０で判断される（ステップＳ１６）。評価値（Ｖ２）が評価値（Ｖ１）よりも大きいと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、位相差の変化量（Δθ）を−１／ｑ倍（ｑは、値が１以上の任意の数）する処理を行う（ステップＳ１７）。つまり、ステップＳ１３にて目標位相差（Φ）を位相差の変化量（Δθ）だけ変化させたことによって評価値が大きくなったため、位相差の変化量（Δθ）の値を小さくするとともに、位相差の変化量（Δθ）の符号を逆にすることで目標位相差を変化させる方向を逆にする処理を行う。

次に、ステップＳ１７の処理で得られた位相の変化量（Δθ）が、以下の（１）式で示される関係を満たすか否かが最適位相差探索部３０で判断される（ステップＳ１８）。
０＜Δθ＜Δθ_ｍｉｎ …（１）
ステップＳ１７の処理で得られた位相の変化量（Δθ）が上記の（１）式で示される関係を満たすと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、位相の変化量（Δθ）をθ_ｍｉｎとする処理を行う（ステップＳ１９）。

これに対し、ステップＳ１７の処理で得られた位相の変化量（Δθ）が、上記（１）式で示される関係を満たさないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、以下の（２）式で示される関係を満たすか否かが最適位相差探索部３０で判断される（ステップＳ２０）。
−Δθ_ｍｉｎ＜Δθ＜０ …（２）
ステップＳ１７の処理で得られた位相の変化量（Δθ）が上記の（２）式で示される関係を満たすと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、位相の変化量（Δθ）を−Δθ_ｍｉｎとする処理を行う（ステップＳ２１）。

尚、ステップＳ１７の処理で得られた位相の変化量（Δθ）が上記の（２）式で示される関係を満たさないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１９，Ｓ２１の処理は何れも行われない。つまり、ステップＳ１８〜ステップＳ２１では、ステップＳ１７の処理によって、位相差の変化量（Δθ）の絶対値が最小値Δθ_ｍｉｎよりも小さくなった場合には、位相差の変化量（Δθ）をΔθ_ｍｉｎ或いは−Δθ_ｍｉｎにする処理が行われる。

ステップＳ１９，Ｓ２１の処理が終了し、或いはステップＳ２０の判断結果が「ＮＯ」になると、ステップＳ１２で求められた評価値（Ｖ１）をステップＳ１５で求められた評価値（Ｖ２）とする処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ２２）。つまり、評価値（Ｖ１）を直近の評価値（Ｖ２）に更新する処理が行われる。以上の処理が終了すると、ステップＳ１３以降の処理が再び最適位相差探索部３０で行われる。

他方、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で算出された評価値（Ｖ２）が、ステップＳ１２で算出された評価値（Ｖ１）以下であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、評価値（Ｖ２）が評価値（Ｖ１）以下である関係（Ｖ１≧Ｖ２なる関係）がｎ回（ｎは２以上の整数）連続したか否かを判断する（ステップＳ２３）。

Ｖ１≧Ｖ２なる関係がｎ回連続したと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、位相の変化量（Δθ）の絶対値を初期値に設定する処理を行う（ステップＳ２４）。具体的には、以下の（３）式で示される演算を行う。尚、以下の（３）式中に示す関数sign（）は符号関数である。
Δθ＝Δθ_ｉｎｉｔ×sign（Δθ） …（３）
つまり、最適位相差探索部３０は、符号を変えることなく位相の変化量（Δθ）の値を初期値Δθ_ｉｎｉｔにする処理を行う。

このような処理を行うのは、ステップＳ１７〜Ｓ２１の処理によって小さくされた位相の変化量（Δθ）の値を元の初期値Δθ_ｉｎｉｔに戻すためである。Ｖ１≧Ｖ２なる関係がｎ回連続することは、マイクロフォン１２で測定される合成音が徐々に小さくなっていることを意味する。位相の変化量（Δθ）の値が小さくされているとマイクロフォン１２で測定される合成音が最小になるまでに長時間を要するため、位相の変化量（Δθ）の値を元の初期値Δθ_ｉｎｉｔに戻すことで時間の短縮を図っている。

ステップＳ２４の処理が終了すると、ステップＳ１２で求められた評価値（Ｖ１）をステップＳ１５で求められた評価値（Ｖ２）に更新する処理が最適位相差探索部３０で行われ（ステップＳ２２）、その後にステップＳ１３以降の処理が再び行われる。これに対し、Ｖ１≧Ｖ２なる関係がｎ回連続していない判断した場合（ステップＳ２３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、ステップＳ２４の処理を行うことなくステップＳ２２の処理を行い、その後にステップＳ１３以降の処理を再び行う。

このように、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音の合成音がマイクロフォン１２で測定され（ステップＳ１２，Ｓ１５：第３ステップ）、マイクロフォン１２の測定結果を参照しつつ、可変ステップ探索法を用いて目標位相差（Φ）の位相差を変化させて、合成音が最小になる位相差の探索が行われる（ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ２４：第４ステップ）。

［順次ランダム探索法］
図４は、本発明の一実施形態で行われる順次ランダム探索法を用いた位相差の探索方法を示すフローチャートである。尚、図４に示す処理は、図３に示す処理と同様に、例えば騒音低減装置１の電源が投入されて、振動制御部２０による振動装置Ｂ２の制御が開始されると同時に開始される。尚、順次ランダム探索法を用いた位相差の探索では、予め値が設定された位相差の変化量の最大値Δθ_ｍａｘが用いられる。

処理が開始されると、まず探索を行う処理を行う上で必要となる目標位相差（Φ）の初期値を設定する処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ３１）。上記目標位相差（Φ）の初期値としては、例えば１８０［度］が設定される。初期値の設定が終了すると、次にマイクロフォン１２から出力される測定信号Ｓ１０から、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を算出し、算出した音圧を評価値（Ｖ１）とする処理が最適位相差探索部３０で行われる。つまり、目標位相差（Φ）が初期値に設定されているときに、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を評価値（Ｖ１）として算出する処理が行われる（ステップＳ３２）。

次いで、目標位相差値（Φ）を目標位相差前回値として退避する処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ３３）。具体的には、最適位相差探索部３０内に設けられたメモリ等の退避領域に、目標位相差値（Φ）を目標位相差前回値として退避する処理が行われる。続いて、［−１，１］の範囲内における一様乱数ｒを生成し（ステップＳ３４）、目標位相差（Φ）に（ｒ×Δθ_ｍａｘ）なる値を加算して目標位相差（Φ）の値を（ｒ×Δθ_ｍａｘ）だけ変化させる処理（ステップＳ３５）が最適位相差探索部３０で行われる。

以上の処理が行われると、ステップＳ３５で変化させた目標位相差が振動装置Ｂ２の制御に反映されるように一定時間待機する処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ３６）。ここで、最適位相差探索部３０の待機時間は、可変ステップ探索法における待機時間と同様に、予め規定された位相差変更周期（例えば、数十秒〜数分程度）である。

続いて、マイクロフォン１２から出力される測定信号Ｓ１０から、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を算出し、算出した音圧を評価値（Ｖ２）とする処理が最適位相差探索部３０で行われる（ステップＳ３７）。つまり、目標位相差（Φ）の値を初期値から（ｒ×Δθ_ｍａｘ）だけ変化させたときに、マイクロフォン１２で測定される合成音の音圧を評価値（Ｖ２）として算出する処理が行われる。

以上の処理が終了すると、ステップＳ３７で算出された評価値（Ｖ２）が、ステップＳ３２で算出された評価値（Ｖ１）よりも大きいか否かが最適位相差探索部３０で判断される（ステップＳ３８）。評価値（Ｖ２）が評価値（Ｖ１）よりも大きいと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、ステップＳ３３で退避した目標位相差前回値を目標位相差に設定する処理を行う（ステップＳ３９）。

つまり、ステップＳ３５にて目標位相差（Φ）を（ｒ×Δθ_ｍａｘ）だけ変化させたことによって評価値が大きくなったため、目標位相差（Φ）を元の値に戻す処理が行われる。以上の処理が行われると、ステップＳ３９で設定した目標位相差が振動装置Ｂ２の制御に反映されるように一定時間待機する処理が行われ（ステップＳ４０）、ステップＳ３２以降の処理が再び最適位相差探索部３０で行われる。

他方、ステップＳ３８において、ステップＳ３７で算出された評価値（Ｖ２）が、ステップＳ３２で算出された評価値（Ｖ１）以下であると判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、最適位相差探索部３０は、ステップＳ３２で求められた評価値（Ｖ１）をステップＳ３７で求められた評価値（Ｖ２）に更新する処理が最適位相差探索部３０で行われ（ステップＳ４１）、その後にステップＳ３２以降の処理が再び行われる。

このように、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音の合成音がマイクロフォン１２で測定され（ステップＳ３２，Ｓ３７：第３ステップ）、マイクロフォン１２の測定結果を参照しつつ、順次ランダム探索法を用いて目標位相差（Φ）の位相差を変化させて、合成音が最小になる位相差の探索が行われる（ステップＳ３３〜Ｓ３６，Ｓ３８〜Ｓ４１：第４ステップ）。

以上の通り本実施形態では、複数の振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる騒音の合成音をマイクロフォン１２で測定し、マイクロフォン１２の測定結果を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて振動制御部２０により制御される位相差を変化させて、合成音が最小になる位相差の探索を行うようにしている。これにより、合成音を最小にし得る位相差が自動的に得られるため、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発生する騒音を周囲の環境等に応じて効果的に低減することができる。

以上、本発明の一実施形態による騒音低減装置及び騒音低減方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、２つの振動装置Ｂ１，Ｂ２のうちの振動装置Ｂ２のみを制御する例について説明したが、振動装置Ｂ１，Ｂ２の双方を制御するようにしても良い。

また、上記実施形態では、近接センサ１１ａ，１１ｂによって振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転状態をそれぞれ検出していたが、エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダ）を用いて振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転状態を検出するようにしても良い。具体的には、振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転軸に、回転量に応じた数のパルスを出力するエンコーダをそれぞれ取り付け、これらエンコーダから単位時間当り出力されるパルスの数によって振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転状態を検出する。

また、上記実施形態では、振動装置Ｂ１，Ｂ２の振動状態（動作状態）の検出を、振動装置Ｂ１，Ｂ２に設けられたモータの回転状態を検出することによって行っていたが、篩網の振動を検出することによって、或いは振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる音を検出することによって行うようにしても良い。篩網の振動は、例えばモータの回転を検出する場合と同様に近接センサを用いて検出することができ、或いは篩網に変位センサを設けることによって検出することができる。また、振動装置Ｂ１，Ｂ２から発せられる音は、例えば動作音を測定するマイクロフォンを振動装置Ｂ１，Ｂ２の各々に対して取り付けることによって検出することができる。

尚、上記実施形態では、複数の振動装置Ｂ１，Ｂ２（振動動作を行う装置）から発せられる騒音を低減する騒音低減装置１について説明したが、本発明は、複数の回転装置（ファン等の回転動作を行う装置）から発せられる騒音を低減する騒音低減装置に適用することも可能である。つまり、本発明は、周期的な動作を行う複数の対象装置から発せられる騒音を低減する騒音低減装置に適用することが可能である。

１…騒音低減装置、１１ａ，１１ｂ…近接センサ、１２…マイクロフォン、２０…振動制御部、３０…最適位相差探索部、Ｂ１，Ｂ２…振動装置

Claims (8)

1. 周期的な動作を行う複数の対象装置の動作状態をそれぞれ検出するセンサと、該センサの検出結果に基づいて前記対象装置の動作周波数及び前記対象装置間の位相差を制御する制御部とを備える騒音低減装置において、
   前記対象装置から発せられる騒音の合成音を測定するマイクロフォンと、
   前記マイクロフォンの測定結果を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて前記制御部により制御される前記位相差を変化させて、前記合成音が最小になる位相差の探索を行う探索部と
   を備え、
   前記探索部は、前記近傍探索アルゴリズムを用いた探索を、少なくとも前記制御部が前記対象装置の制御を行っている間は継続して行う
   ことを特徴とする騒音低減装置。
2. 前記探索部は、前記合成音の音圧が最小になる位相差の探索を行うことを特徴とする請求項１記載の騒音低減装置。
3. 前記探索部は、前記近傍探索アルゴリズムとして、前記位相差の変化量を固定して探索を行う固定ステップ探索法、前記マイクロフォンの測定結果に応じて前記位相差の変化量を変えながら探索を行う可変ステップ探索法、或いは前記位相差の変化量をランダムに変えながら探索を行う順次ランダム探索法を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の騒音低減装置。
4. 前記マイクロフォンは、無指向性のマイクロフォンであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の騒音低減装置。
5. 前記対象装置は、前記周期的な動作として振動動作又は回転動作を行うものであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の騒音低減装置。
6. 周期的な動作を行う複数の対象装置から発せられる騒音を低減する騒音低減方法であって、
   前記対象装置の動作状態をそれぞれ検出する第１ステップと、
   前記第１ステップの検出結果に基づいて前記対象装置の動作周波数及び前記対象装置間の位相差を制御する第２ステップと、
   前記対象装置から発せられる騒音の合成音を測定する第３ステップと、
   前記第３ステップの測定結果を参照しつつ、近傍探索アルゴリズムを用いて前記第２ステップで制御される前記位相差を変化させて、前記合成音が最小になる位相差の探索を行う第４ステップと
   を有し、
   前記第３，第４ステップは、少なくとも前記第１，第２ステップが行われている間は継続して行われる
   ことを特徴とする騒音低減方法。
7. 前記第４ステップは、前記合成音の音圧が最小になる位相差の探索を行うステップであることを特徴とする請求項６記載の騒音低減方法。
8. 前記第４ステップは、前記近傍探索アルゴリズムとして、前記位相差の変化量を固定して探索を行う固定ステップ探索法、前記第３ステップの測定結果に応じて前記位相差の変化量を変えながら探索を行う可変ステップ探索法、或いは前記位相差の変化量をランダムに変えながら探索を行う順次ランダム探索法を用いるステップであることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の騒音低減方法。

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