JPWO2015125275A1 - 加速度検出器および能動騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

加速度検出器１０は、互いに直交したｘｙｚの３軸の直交座標系において目的の検出方向を定義した検出偏角ａ，ｂを基に方向ベクトルｕを設定する方向ベクトル設定部１１と、その直交座標系において観測された各軸の加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）と方向ベクトルｕの内積を計算して検出加速度信号ｖ（ｎ）を求める内積計算部１２とを備える。

Description

この発明は、振動騒音源の加速度を検出する加速度検出器、および検出された加速度を参照して能動騒音制御によって振動騒音を消音する能動騒音制御装置に関するものである。

機械、車両などの振動騒音源の振動によって生じる振動騒音を能動騒音制御によって消音する際、この振動騒音源に加速度センサを設置し、検出された加速度を参照する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、物体の振動は、必ずしも単一の運動方向だけでなく、例えば縦、横など異なる複数の運動方向の振動要素を持つ場合がある。このとき、設計上の都合により、必ずしも検出したい振動の運動方向と加速度センサの軸線（即ち、加速度の検出方向）とが一致しない場合が考えられる。このような場合には、検出したい振動の運動方向に対する加速度センサの軸線のずれを事前に計測し、ずれに応じて加速度センサの出力値を補正する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

上記特許文献２の技術は、騒音に寄与する振動の運動方向と加速度センサの軸線とのずれが一定でなく、条件によって変化する場合には対応できない。この問題に関して、例えば特許文献３では、直交する２軸の加速度を検出する加速度センサを用いて、各軸の加速度の比率から逆正接関数（アークタンジェント）により運動方向を計測する技術が開示されている。

特開平６−１１０４７４号公報 特開２０１０−１１２７９３号公報 特開２００９−１２８１６４号公報

機械または車両のような複雑な構造物には無数の振動モードが存在し、各振動モードでの運動方向および周波数は様々であるため、各軸の加速度信号には、騒音に主として寄与する振動要素以外の様々な振動成分が外乱として混入するという課題があった。

このような場合には、外乱の振動成分の影響を抑え、騒音に主として寄与する振動要素のみを精度よく検出する必要があるが、上記特許文献１〜３のいずれにもこのような技術は開示されていない。例えば特許文献３の技術は、目的とする振動と外乱との合成結果に基づき運動方向と加速度を時々刻々と計測するのみであるので、この技術を能動騒音制御に用いた場合、外乱の影響によって消音効果が減じるという問題が生じる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第一に騒音に寄与する振動の方向またはその加速度を検出すること、第二に効果的に振動騒音を消音することを目的とする。

この発明に係る加速度検出器は、互いに直交した３軸または２軸の直交座標系において観測された各軸の加速度信号が入力され、目的の検出方向に変換された検出加速度信号を出力するものであって、直交座標系において目的の検出方向を定義した検出偏角を基に、方向ベクトルを設定する方向ベクトル設定部と、各軸の加速度信号と方向ベクトルの内積を計算して検出加速度信号を求める内積計算部とを備えるものである。

この発明に係る能動騒音制御装置は、振動騒音源からの振動騒音を消音する制御信号をスピーカから出力させ、マイクが検出する振動騒音と制御信号との誤差信号、および加速度センサが検出する振動騒音源の加速度信号が入力されるものであって、互いに直交した３軸または２軸の直交座標系において目的の検出方向を定義した検出偏角を基に、方向ベクトルを設定する方向ベクトル設定部と、加速度センサから入力された直交座標系の各軸の加速度信号と方向ベクトルの内積を計算して、各軸の加速度信号を目的の検出方向に変換した検出加速度信号を求める内積計算部とを備え、誤差信号および検出加速度信号に基づいて制御信号を制御するようにしたものである。

この発明によれば、検出偏角に応じて方向ベクトルを設定し、これと直交する３軸または２軸の加速度信号との内積を計算して検出加速度信号を求めるようにしたので、検出目的とする振動の運動方向以外の加速度に対する感度を減少させ、目的とする振動の加速度を精度よく検出することができる。また、検出偏角に応じて方向ベクトルを設定するようにしたので、目的とする振動の運動方向が変化した場合でも、新たな検出偏角を基に、すみやかに目的の振動の加速度を検出することができる。

この発明によれば、振動騒音源の振動要素のうち、騒音への寄与度の高い振動要素の加速度を検出加速度信号として求め、これに基づいて能動騒音制御を行うことにより、騒音に寄与しない振動要素の影響を抑え、消音効果を高めることができる。

この発明の実施の形態１に係る加速度検出器の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る加速度検出器の動作を説明するためのグラフである。 検出偏角を定めたときの、加速度検出器の、０≦ａ’＜２π、０≦ｂ’＜πの各方向の加速度に対する検出感度の例を示した３次元グラフである。 この発明の実施の形態２に係る加速度検出器の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
実施の形態１では、検出したい振動の運動方向が予め明らかである場合において、当該運動方向の加速度を精度よく検出する加速度検出器について述べる。

図１は、この発明の実施の形態１に係る加速度検出器１０の構成を示すブロック図である。実施の形態１では、例として、互いに直交する３軸の加速度から目的方向の加速度を検出する加速度検出器について述べるが、当業者は本実施の形態１と同様の手段を用いることにより、直交する２軸の加速度から目的方向の加速度を検出する加速度検出器を構成することが可能であり、当然このような構成も本発明の範囲内に含まれる。

図１において、加速度検出器１０は、予め与えられている検出偏角ａ，ｂに従い方向ベクトルｕを設定する方向ベクトル設定部１１と、方向ベクトルｕと３軸の加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）の内積を計算し、検出目的とする振動の運動方向の加速度（以下、検出加速度信号）ｖ（ｎ）を求める内積計算部１２とによって構成されている。

この加速度検出器１０は、例えば、不図示のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成されており、このＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することによって、方向ベクトル設定部１１および内積計算部１２としての機能を実現する。
また、加速度検出器１０に入力される加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）は、例えば加速度センサの出力などから得られる。

図２は、加速度検出器１０の動作を説明するためのグラフであり、互いに直交するｘ，ｙ，ｚの３軸によって構成される３次元座標系で示される検出偏角ａ，ｂ、方向ベクトルｕ、各軸の加速度の観測値ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）とその観測値ベクトルｐ、および検出加速度ｖ（ｎ）を例示する。
方向ベクトル設定部１１に入力される検出偏角ａ，ｂは、３次元座標系において検出目的とする振動の方向を定める角度である。即ち、検出偏角ａは、方向ベクトルｕのｘｙ平面上への直交射影ベクトルがｘ軸との間になす角度であり、検出偏角ｂは、方向ベクトルｕがｚ軸との間になす角度である。これら検出偏角ａ，ｂは、検出目的とする振動の運動方向に従って定められた値が入力されるものとする。ただし、ここでの説明では簡便のため０≦ａ＜２π、０≦ｂ＜πとする。
例えば能動騒音制御においては、最も騒音への寄与度の大きい振動要素の運動方向に従って検出偏角ａ，ｂが定められる。

方向ベクトル設定部１１は、入力された検出偏角ａ，ｂを用いて、方向ベクトルｕを式（１）のように設定し、内積計算部１２へ出力する。

内積計算部１２は、式（２）で示される、直交するｘｙｚの３軸のそれぞれに対応する加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）を要素とする観測値ベクトルｐと、方向ベクトル設定部１１から出力された方向ベクトルｕとの内積を式（３）に従って計算し、方向ベクトルｕが示す運動方向の加速度である検出加速度信号ｖ（ｎ）を算出する。

ここで、加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）は、例えば加速度センサの出力などから得る。なお、得られる加速度信号が直交するｘｙの２軸のみである場合は、検出偏角ｂはπ／２に限定されるので、内積計算部１２は式（４）に従って検出加速度信号ｖ（ｎ）を算出する。

以上の式（３）または式（４）によって算出された検出加速度信号ｖ（ｎ）の符号は、方向ベクトルｕと同じ方向の変位である場合が正、逆方向の変位である場合が負となる。
もし方向ベクトルｕの代わりに、これを逆方向に転じた式（５）の方向ベクトルｕ’を用いれば、単純に符号が逆転した検出加速度信号ｖ（ｎ）が得られる。
検出加速度信号ｖ（ｎ）の符号が重要でない場合は、方向ベクトルｕ，ｕ’のいずれを用いてもよい。

図３は、検出偏角（ａ，ｂ）＝（１．４π，０．２π）［ｒａｄ］と定めたときの、加速度検出器１０の、０≦ａ’＜２π、０≦ｂ’＜πの各方向の加速度に対する検出感度の例を示した３次元グラフである。
ここで、検出感度は式（６）によって計算している。

（検出感度）＝（検出加速度）÷（偏角ａ’，ｂ’方向の加速度） （６）

図３に示されるように、検出感度は（ａ’，ｂ’）＝（１．４π，０．２π）［ｒａｄ］で極大値１、（ａ’，ｂ’）＝（０．４π，０．８π）［ｒａｄ］で極小値−１ｔなり、これら以外の方向は検出感度の絶対値が低い。
このことから、方向ベクトルｕおよびその逆の−ｕ方向の加速度の検出感度が高く、これら以外の方向の検出感度が低くなることが明らかである。

以上説明したように、実施の形態１の加速度検出器１０によれば、方向ベクトル設定部１１が、入力された検出偏角に応じて方向ベクトルを設定し、内積計算部１２が、互いに直交する３軸または２軸の加速度信号と方向ベクトルとの内積を計算して検出加速度信号を求めるようにしたことで、検出目的とする振動の運動方向以外の加速度に対する感度を減少させ、目的とする振動の加速度を精度よく検出することができるようになる。

また、実施の形態１の加速度検出器１０によれば、方向ベクトル設定部１１が、入力された検出偏角に応じて方向ベクトルを設定するようにしたことで、検出目的とする振動の運動方向が変化した場合でも、新たな検出偏角が入力されることで、すみやかに目的の振動の加速度を検出することができるようになる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、入力された検出偏角に応じて方向ベクトルを設定するようにしていたが、実施の形態２では、互いに直交する３軸または２軸の加速度信号に基づき方向ベクトルを決定する構成を説明する。

図４は、実施の形態２に係る加速度検出器２０の構成を示すブロック図である。図４において、加速度検出器２０は、方向ベクトル設定部１１と、内積計算部１２と、互いに直交する３軸の加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）から検出偏角ａ，ｂを定める検出偏角設定部２１とによって構成される。
ここで、図１と共通の符号を付した方向ベクトル設定部１１および内積計算部１２は、上記実施の形態１の加速度検出器１０の方向ベクトル設定部１１および内積計算部１２と同一の構成要素であるので説明は省略する。

次に、加速度検出器２０の動作を説明する。
検出偏角設定部２１は、互いに直交する３軸または２軸の加速度信号を受け、検出加速度信号ｖ（ｎ）の平均パワーが最大となるように検出偏角ａ，ｂを定める。例えば能動騒音制御においては、振動騒音の音圧は振動する物体の加速度の大きさに比例するので、最大のパワーを持つ振動要素が最も騒音への寄与度が高いと考えられる。したがって上述のように検出偏角ａ，ｂを定めれば、当該振動要素の加速度を検出することができるようになる。またその他の用途においても、最大のパワーを持つ振動要素の検出が重要である場合に、この加速度検出器２０を用いることができる。

ここで、互いに直交する３軸の加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）に対して、検出加速度信号ｖ（ｎ）の平均パワーが最大となるような検出偏角ａ，ｂを求める方法を説明する。
検出偏角ａ，ｂに対して検出加速度信号ｖ（ｎ）の平均パワーＥ［ｖ²（ｎ）］を最大とするには、ａ，ｂに対するＥ［ｖ²（ｎ）］の勾配を求め、これに所定の定数を乗じた値を更新量として式（７）および式（８）により逐次的に検出偏角ａ，ｂを更新すればよい。

ただし、μはμ＞０を満たす所定の定数であり、σ² _x，σ² _y，σ² _zはそれぞれｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）の平均パワー、σ_xyはｘ（ｎ）とｙ（ｎ）、σ_xzはｘ（ｎ）とｚ（ｎ）、σ_yzはｙ（ｎ）とｚ（ｎ）の相関係数であって、以下の式（９）、（１０）で表される。

上式において、Ｅ［・］は平均操作を表す。これら平均値は、実際の装置では例えば式（１１）のような移動平均を用いて算出する方法が知られている。

ここで、Ｐ_x（ｎ）はσ² _xの算出値であり、λは０＜λ＜１を満たす平滑化係数である。

上式（７）および上式（８）は、Ｅ［ｖ²（ｎ）］に対する検出偏角ａ（ｎ），ｂ（ｎ）の勾配を求め、これに任意の定数μを乗じた値を更新量としてもとの値それぞれに加算し、値を更新する式となっている。その結果、ａ（ｎ），ｂ（ｎ）はＥ［ｖ²（ｎ）］がより大きくなるよう再帰的に更新され、最終的にＥ［ｖ²（ｎ）］が最大となるようなａ（ｎ），ｂ（ｎ）に収束する。

なお、加速度センサなどから得られる加速度信号が直交するｘｙの２軸のみである場合は、検出偏角ｂはπ／２に限定されるので、検出偏角設定部２１は式（１２）によって検出偏角ａ（ｎ）を更新すればよい。

また、得られる加速度信号が直交するｘｙの２軸のみの場合は、逐次更新を行わずＥ［ｖ²（ｎ）］を最大にする検出偏角ａの解析解である、式（１３）を用いて検出偏角ａを定めてもよい。

上述のいずれかの方法で定められた検出偏角ａ（ｎ），ｂ（ｎ）に従って、方向ベクトル設定部１１により方向ベクトルｕが定められることで、内積計算部１２から出力される検出加速度信号ｖ（ｎ）は最大のパワーを持つ振動要素の加速度となる。

以上説明したように、実施の形態２の加速度検出器２０によれば、検出偏角設定部２１が、互いに直交する３軸または２軸の加速度信号に応じて検出偏角を定めるようにしたことで、検出目的とする振動の運動方向が不明であっても、その加速度を検出することができるようになる。

また、実施の形態２の加速度検出器２０によれば、検出偏角設定部２１が、加速度信号の平均パワーおよび相関係数を基に検出偏角を定めるようにしたことで、加速度信号への瞬間的な外乱による検出偏角のぶれを抑制し、目的とする振動の運動方向と加速度を安定して検出することができるようになる。

また、実施の形態２の加速度検出器２０によれば、検出偏角設定部２１が、検出加速度信号の平均的な振幅の大きさが最大となるような検出偏角を定めるようにしたことで、最大のパワーをもつ振動要素の方向と加速度が得られるようになる。

また、実施の形態２の加速度検出器２０によれば、加速度信号の平均パワーおよび相関係数に基づいて算出される検出偏角について、当該検出偏角に対する検出加速度信号の大きさの勾配を基に更新量を定め、これによって検出偏角を逐次的に更新するようにしたことで、加速度信号に定常的な外乱が混入しても、目的とする振動の運動方向と加速度を精度よく検出することができるようになる。

実施の形態３．
実施の形態３では、この発明に係る加速度検出器を用いた能動騒音制御装置の構成例を説明する。
図５は、実施の形態３に係る能動騒音制御装置３０の構成を示すブロック図である。図５において、能動騒音制御装置３０は、加速度検出器２０と、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ３１と、二次経路フィルタ３２と、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）処理部３３とによって構成されている。また、能動騒音制御装置３０は、振動騒音を発生する振動騒音源１００に設置された加速度センサ１０１と、誤差検出マイク１０２と、スピーカ１０３とに接続されている。

ここで、加速度検出器２０は、上記実施の形態２で説明した加速度検出器であり、図４と共通の符号を付した。もし適切な検出偏角ａ，ｂが外部より入力可能であれば、加速度検出器２０を上記実施の形態１で説明した加速度検出器１０に置き換えてもよい。

次に、能動騒音制御装置３０の外部動作を説明する。
能動騒音制御装置３０は、振動騒音を発する振動騒音源１００に設置された加速度センサ１０１から出力される互いに直交するｘｙｚの３軸の加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）を受け、振動騒音源１００から発せられる騒音（図５に破線矢印で示す）を打ち消すための制御信号ｄ（ｎ）を出力する。制御信号ｄ（ｎ）はスピーカ１０３から出力され、空間上で騒音に干渉する。スピーカ１０３の出力音が空間上で正しく逆相音になっていれば、騒音が打ち消され消音効果が得られる。誤差検出マイク１０２は、この打消し誤差を検出し、誤差信号ｅ（ｎ）を出力する。誤差信号ｅ（ｎ）は能動騒音制御装置３０に入力され、能動騒音制御装置３０は、打消し誤差が減少するように制御信号ｄ（ｎ）を制御する。

次に、能動騒音制御装置３０の内部動作を説明する。
加速度センサ１０１の出力する加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）は、能動騒音制御装置３０の加速度検出器２０に入力される。加速度検出器２０は、上記実施の形態２で説明したように、振動騒音源１００の振動の中で、最大のパワーをもつ振動要素の加速度を検出し、検出加速度信号ｖ（ｎ）として出力する。

検出加速度信号ｖ（ｎ）はＦＩＲフィルタ３１に入力され、ＦＩＲフィルタ３１は、保持するフィルタ係数によってこれを濾波し、制御信号ｄ（ｎ）を出力する。また、二次経路フィルタ３２は、スピーカ１０３から誤差検出マイク１０２までの音響伝達特性を模擬したフィルタ係数で検出加速度信号ｖ（ｎ）を濾波し、ｖ’（ｎ）をＬＭＳ処理部３３へ出力する。

ＬＭＳ処理部３３は、誤差検出マイク１０２から入力された誤差信号ｅ（ｎ）と、二次経路フィルタ３２によって濾波された検出加速度信号ｖ’（ｎ）に基づき、打消し誤差が減少するようにＦＩＲフィルタ３１のフィルタ係数を更新する。
これらＦＩＲフィルタ３１、二次経路フィルタ３２、ＬＭＳ処理部３３によって構成される一連の信号処理は、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｘ−ＬＭＳシステムとして知られ、例えば、西村正治他著「アクティブノイズコントロール」（コロナ社、２００６年７月７日発行、ｐ．７４〜７６）に開示されている。

ただし、本発明は必ずしもＦｉｌｔｅｒｅｄ Ｘ−ＬＭＳシステムを用いる能動騒音制御装置に限定されるものではなく、その他の適応アルゴリズムを用いる能動騒音制御装置、あるいはＦＩＲフィルタ３１のフィルタ係数が予め最適化されていて更新を行わないような能動騒音制御装置などであってもよい。そのような能動騒音制御装置は、上述の能動騒音制御装置３０と異なる構成となる場合があると考えられるが、本発明の加速度検出器１０，２０の構成を有する限り、それらも本発明の範囲内に含まれる。

以上説明したように、実施の形態３の能動騒音制御装置３０によれば、振動騒音源１００の振動要素のうち、騒音への寄与度の高い振動要素の加速度を検出し、これに基づいて能動騒音制御を行うことにより、騒音に寄与しない振動要素の影響を抑え、消音効果を高めることができる。

実施の形態４．
上記実施の形態３では、検出加速度信号のパワーが最大となるよう検出偏角を定めるようにしていたが、実施の形態４では、マイクで検出する誤差信号のパワーが最小となるよう検出偏角を定める構成を説明する。

図６は、実施の形態４に係る能動騒音制御装置４０の構成を示すブロック図である。図６において、能動騒音制御装置４０は、加速度検出器４１と、ＦＩＲフィルタ３１と、二次経路フィルタ３２と、ＬＭＳ処理部３３とによって構成されている。また、能動騒音制御装置４０は、振動騒音源１００に設置された加速度センサ１０１と、誤差検出マイク１０２と、スピーカ１０３とに接続されている。また、加速度検出器４１は、検出偏角設定部４２と、方向ベクトル設定部１１と、内積計算部１２とによって構成されている。図６において、上記実施の形態１〜３の図１〜図５と同一の構成要素については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

次に、能動騒音制御装置４０の動作を説明する。
加速度検出器４１の一部である検出偏角設定部４２には、加速度センサ１０１の出力する加速度信号ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）と、誤差検出マイク１０２の出力する誤差信号ｅ（ｎ）と、ＦＩＲフィルタ３１の保持するフィルタ係数ｈ_Nとが入力される。
検出偏角設定部４２は、検出偏角ａ，ｂに対する誤差信号ｅ（ｎ）のパワーｅ²（ｎ）の勾配を求め、これに基づきパワーｅ²（ｎ）が減少するよう検出偏角ａ，ｂの更新量を定め、両者を更新して方向ベクトル設定部１１へ出力する。

検出偏角ａ，ｂに対する誤差信号パワーｅ²（ｎ）の勾配は、式（１４）および式（１５）によって表される。

ここで、ｈ_k（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ−１）はＦＩＲフィルタ３１のフィルタ係数であり、ｃ_Mは二次経路フィルタ３２の係数列に相当する二次経路の伝達特性を示すインパルス応答列であり、ｘ_M（ｎ）は加速度信号ｘ（ｎ）を、ｙ_M（ｎ）は加速度信号ｙ（ｎ）を、ｚ_M（ｎ）は加速度信号ｚ（ｎ）をそれぞれ要素とするベクトルであり、以下の式（１６）、（１７）、（１８）、（１９）のように表される。

なお、Ｔは転置記号である。

検出偏角設定部４２では、式（２０）および式（２１）によって表される購買に所定の定数μ（０＜μ）を乗じて検出偏角ａ，ｂの更新量とし、再帰的に検出偏角ａ，ｂを更新することで誤差信号ｅ（ｎ）のパワーｅ²（ｎ）を最小とするような検出偏角ａ，ｂに収束させる。

また、加速度センサ１０１から得られる加速度信号が直交するｘｙの２軸のみである場合は、検出偏角ｂはπ／２に限定されるので、式（２０）は以下の式（２２）で代替される。

また、二次経路が単純な遅延で近似できる場合は、上式（２０）および上式（２１）を以下の式（２３）および式（２４）のように単純化することができ、この場合は二次経路の伝達特性は計算式に明示的に現われなくなる。

なお、τは遅延時間であり、τ≧０を満たす。

以上説明したように、実施の形態４の能動騒音制御装置４０によれば、検出偏角設定部４２が、加速度センサ１０１から入力される各軸の加速度信号と、誤差検出マイク１０２から入力される誤差信号と、ＦＩＲフィルタ３１のフィルタ係数とに基づいて算出される、検出偏角に対する誤差信号のパワーの勾配を基に、誤差信号のパワーを減少させるように検出偏角の更新量を定め、これによって検出偏角を逐次的に更新するようにしたことで、誤差信号のパワーが最小となるような検出偏角を自動的に選択し、消音効果を高めることができるようになる。

また、実施の形態４の能動騒音制御装置４０によれば、検出偏角設定部４２が、少なくともスピーカ１０３から誤差検出マイク１０２までの二次経路の伝達特性に基づいて検出偏角の更新量を定めるようにしたことで、二次経路が単純な遅延で近似できないような複雑な伝達特性を持っていたとしても、誤差信号のパワーが最小となるような検出偏角を自動的に選択し、消音効果を高めることができるようになる。

実施の形態５．
上記実施の形態４では、誤差信号のパワーが最小となるように検出偏角を更新するようにしていたが、実施の形態５では、検出偏角の更新とＦＩＲフィルタの係数更新とが互いに干渉しないよう、両者の更新処理を調整する構成を説明する。

実施の形態５の能動騒音制御装置は、図面の上では図６の能動騒音制御装置４０と同一の構成であるため、図６を援用して実施の形態５を説明する。
図６に示したように、ＬＭＳ処理部３３および検出偏角設定部４２は、共に誤差信号ｅ（ｎ）のパワーｅ²（ｎ）が減少するように、ＦＩＲフィルタ３１のフィルタ係数、もしくは検出偏角ａ，ｂを行うものであるが、これらを同時に更新すると、互いに干渉を生じて誤差信号のパワーｅ²（ｎ）が順調に減少せず、消音効果が損なわれる場合がある。
このような問題に対しては、それぞれの更新処理を交互に行うか、または一方の更新量に乗じる定数の値を、他方より小さく設定して、一方の更新を緩慢にすることで、消音効果を安定させることができる。

以上説明したように、実施の形態４の能動騒音制御装置４０によれば、検出偏角の更新とＦＩＲフィルタの係数更新とを交互に行うか、一方の更新量に乗じる定数を他方の更新量に乗じる定数より小さく設定して一方の更新を緩慢にすることで、それぞれの更新処理が互いに干渉して消音効果が損なわれることを防ぐことができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係る加速度検出器は、目的とする振動の加速度を精度よく検出できるので、機械および車両のように無数の振動モードが存在する振動騒音源の振動騒音を消音する能動騒音制御装置に用いるのに適している。

１０，２０，４１ 加速度検出器、１１ 方向ベクトル設定部、１２ 内積計算部、２１，４２ 検出偏角設定部、３０，４０ 能動騒音制御装置、３１ ＦＩＲフィルタ、３２ 二次経路フィルタ、３３ ＬＭＳ処理部、１００ 振動騒音源、１０１ 加速度センサ、１０２ 誤差検出マイク、１０３ スピーカ。

この発明に係る加速度検出器は、互いに直交した３軸または２軸の直交座標系において観測された各軸の加速度信号が入力され、目的の検出方向に変換された検出加速度信号を出力するものであって、直交座標系において目的の検出方向を定義した検出偏角を基に、方向ベクトルを設定する方向ベクトル設定部と、各軸の加速度信号と方向ベクトルの内積を計算して検出加速度信号を求める内積計算部と、各軸の加速度信号に基づいて検出偏角を定め、方向ベクトル設定部へ通知する検出偏角設定部とを備えるものである。

この発明に係る能動騒音制御装置は、振動騒音源からの振動騒音を消音する制御信号をスピーカから出力させ、マイクが検出する振動騒音と制御信号との誤差信号、および加速度センサが検出する振動騒音源の加速度信号が入力されるものであって、互いに直交した３軸または２軸の直交座標系において目的の検出方向を定義した検出偏角を基に、方向ベクトルを設定する方向ベクトル設定部と、加速度センサから入力された直交座標系の各軸の加速度信号と方向ベクトルの内積を計算して、各軸の加速度信号を目的の検出方向に変換した検出加速度信号を求める内積計算部と、検出加速度信号を濾波して制御信号を制御するフィルタと、少なくとも各軸の加速度信号、誤差信号、およびフィルタのフィルタ係数に基づいて算出される、検出偏角に対する誤差信号のパワーの勾配を基に、誤差信号のパワーを減少させるように検出偏角の更新量を定め、当該更新量により検出偏角を逐次的に更新していき、誤差信号のパワーが最小となるときの検出偏角を求めて方向ベクトル設定部へ通知する検出偏角設定部とを備え、誤差信号および検出加速度信号に基づいて制御信号を制御するようにしたものである。

図３に示されるように、検出感度は（ａ’，ｂ’）＝（１．４π，０．２π）［ｒａｄ］で極大値１、（ａ’，ｂ’）＝（０．４π，０．８π）［ｒａｄ］で極小値−１となり、これら以外の方向は検出感度の絶対値が低い。
このことから、方向ベクトルｕおよびその逆の−ｕ方向の加速度の検出感度が高く、これら以外の方向の検出感度が低くなることが明らかである。

検出偏角設定部４２では、式（２０）および式（２１）によって表される勾配に所定の定数μ（０＜μ）を乗じて検出偏角ａ，ｂの更新量とし、再帰的に検出偏角ａ，ｂを更新することで誤差信号ｅ（ｎ）のパワーｅ²（ｎ）を最小とするような検出偏角ａ，ｂに収束させる。

実施の形態５の能動騒音制御装置は、図面の上では図６の能動騒音制御装置４０と同一の構成であるため、図６を援用して実施の形態５を説明する。
図６に示したように、ＬＭＳ処理部３３および検出偏角設定部４２は、共に誤差信号ｅ（ｎ）のパワーｅ²（ｎ）が減少するように、ＦＩＲフィルタ３１のフィルタ係数、もしくは検出偏角ａ，ｂの更新処理を行うものであるが、これらを同時に更新すると、互いに干渉を生じて誤差信号のパワーｅ²（ｎ）が順調に減少せず、消音効果が損なわれる場合がある。
このような問題に対しては、それぞれの更新処理を交互に行うか、または一方の更新量に乗じる定数の値を、他方より小さく設定して、一方の更新を緩慢にすることで、消音効果を安定させることができる。

Claims (10)

1. 互いに直交した３軸または２軸の直交座標系において観測された各軸の加速度信号が入力され、目的の検出方向に変換された検出加速度信号を出力する加速度検出器であって、
   前記直交座標系において前記目的の検出方向を定義した検出偏角を基に、方向ベクトルを設定する方向ベクトル設定部と、
   前記各軸の加速度信号と前記方向ベクトルの内積を計算して前記検出加速度信号を求める内積計算部とを備えることを特徴とする加速度検出器。
2. 前記各軸の加速度信号に基づいて前記検出偏角を定め、前記方向ベクトル設定部へ通知する検出偏角設定部を備えることを特徴とする請求項１記載の加速度検出器。
3. 前記検出偏角設定部は、少なくとも前記各軸の加速度信号の平均パワーおよび軸間の加速度信号の相関係数に基づいて前記検出偏角を定めることを特徴とする請求項２記載の加速度検出器。
4. 前記検出偏角設定部は、前記検出加速度信号の平均パワーが最大となるように前記検出偏角を定めることを特徴とする請求項３記載の加速度検出器。
5. 前記検出偏角設定部は、少なくとも前記各軸の加速度信号の平均パワーおよび軸間の加速度信号の相関係数に基づいて算出される前記検出偏角に対する前記検出加速度信号の平均パワーの勾配を基に、前記検出加速度信号の平均パワーを増大させるように前記検出偏角の更新量を定め、当該更新量により前記検出偏角を逐次的に更新していき、前記検出加速度信号の平均パワーが最大となるときの前記検出偏角を求めることを特徴とする請求項４記載の加速度検出器。
6. 振動騒音源からの振動騒音を消音する制御信号をスピーカから出力させ、マイクが検出する前記振動騒音と前記制御信号との誤差信号、および加速度センサが検出する前記振動騒音源の加速度信号が入力される能動騒音制御装置であって、
   互いに直交した３軸または２軸の直交座標系において目的の検出方向を定義した検出偏角を基に、方向ベクトルを設定する方向ベクトル設定部と、
   前記加速度センサから入力された前記直交座標系の各軸の加速度信号と前記方向ベクトルの内積を計算して、前記各軸の加速度信号を前記目的の検出方向に変換した検出加速度信号を求める内積計算部とを備え、
   前記誤差信号および前記検出加速度信号に基づいて前記制御信号を制御することを特徴とする能動騒音制御装置。
7. 前記検出加速度信号を濾波して前記制御信号を制御するフィルタと、
   少なくとも前記各軸の加速度信号、前記誤差信号、および前記フィルタのフィルタ係数に基づいて算出される、前記検出偏角に対する前記誤差信号のパワーの勾配を基に、前記誤差信号のパワーを減少させるように前記検出偏角の更新量を定め、当該更新量により前記検出偏角を逐次的に更新していき、前記誤差信号のパワーが最小となるときの前記検出偏角を求めて前記方向ベクトル設定部へ通知する検出偏角設定部とを備えることを特徴とする請求項６記載の能動騒音制御装置。
8. 前記検出偏角設定部は、前記各軸の加速度信号、前記誤差信号、および前記フィルタのフィルタ係数に加えて、前記スピーカから前記マイクへの伝達特性に基づいて、前記検出偏角の更新量を定めることを特徴とする請求項７記載の能動騒音制御装置。
9. 前記誤差信号および前記検出加速度信号に基づいて前記フィルタのフィルタ係数を更新するＬＭＳ処理部を備え、
   前記検出偏角設定部と前記ＬＭＳ処理部は、前記検出偏角の更新処理と前記フィルタ係数の更新処理を交互に行うことを特徴とする請求項７記載の能動騒音制御装置。
10. 前記誤差信号および前記検出加速度信号に基づいて前記フィルタのフィルタ係数を更新するＬＭＳ処理部を備え、
    前記検出偏角設定部および前記ＬＭＳ処理部のいずれか一方は、前記検出偏角の更新量および前記フィルタ係数の更新量のいずれか一方に乗じる定数を他方に乗じる定数より小さい値にして緩慢に更新処理を行うことを特徴とする請求項７記載の能動騒音制御装置。

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