(57)【要約】【課題】対象物の共鳴透過による振動を安定して効果的に抑制する制御系を容易に構築可能な振動抑制装置を提供すること。【解決手段】共振する制御対象６０の振動を検出し、振動信号Ｓｓを出力するセンサ１２と、入力された信号に応じて制御対象６０を加振する加振器１８と、センサ１２から入力された振動信号Ｓｓをフィルタ処理した信号を出力する信号処理部１４と、信号処理部１４から出力された信号を増幅して加振器１８に入力するアンプ１６と、を含む振動抑制装置１０であって、信号処理部１４は、センサ１２、加振器１８、および信号処理部１４を含む系の伝達関数から最小位相成分を除去した残りの成分であるオールパス成分の逆特性と、振動を抑制する対象の対象周波数帯域であって、制御対象の共振周波数を含んだ対象周波数帯域との積に基づいて定めたフィルタ特性によりフィルタ処理を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振する制御対象の振動を検出し、振動信号を出力するセンサと、
入力された信号に応じて前記制御対象を加振する加振器と、
前記センサから入力された前記振動信号をフィルタ処理した信号を出力する信号処理部と、
前記信号処理部から出力された前記信号を増幅して前記加振器に入力するアンプと、
を含む振動抑制装置であって、
前記信号処理部は、前記センサ、前記加振器、および前記信号処理部を含む系の伝達関数から最小位相成分を除去した残りの成分であるオールパス成分の逆特性と、振動を抑制する対象の対象周波数帯域であって、前記制御対象の共振周波数を含んだ対象周波数帯域との積に基づいて定めたフィルタ特性により前記フィルタ処理を行なう振動抑制装置。
【請求項２】
前記伝達関数は、前記アンプから前記加振器、および前記センサを介して前記信号処理部のフィルタ処理までの伝達特性を表す関数である
請求項１に記載の振動抑制装置。
【請求項３】
前記センサは、前記制御対象の振動を直接検出する振動センサ、または前記制御対象に接している空気の振動を検出することにより前記制御対象の振動を間接的に検出するマイクロホンである
請求項１または請求項２に記載の振動抑制装置。
【請求項４】
前記制御対象は窓部に配置された１枚のガラス板、または各々の間に空気層を挟んで窓部に配置された二重のガラス板である
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動抑制装置。
【請求項５】
前記対象周波数帯域は、異なる共振周波数帯域を各々含んだ複数の周波数帯域であり、前記フィルタ特性は、前記オールパス成分の逆特性と前記複数の周波数帯域の各々との積を加算して定められている
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動抑制装置。
【請求項６】
前記センサと前記加振器とを前記制御対象の対応する位置に配置した
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動抑制装置。
【請求項７】
前記制御対象が窓部に配置された１枚のガラス板の場合、前記センサを前記ガラス板の一方の面側に配置し、前記加振器を前記ガラス板の他方の面の前記センサと対応する位置に取り付け、
前記制御対象が各々の間に空気層を挟んで窓部に配置された二重のガラス板である場合、前記センサを前記二重のガラス板の一方のガラス板の一方の面側に配置し、前記加振器を前記一方のガラス板の他方の面の前記センサと対応する位置に取り付けた
請求項６に記載の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動抑制装置、特に対象物の共鳴透過による振動を抑制する振動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動抑制装置に関連した従来技術として、例えば特許文献１に開示されたフィードバック型能動騒音制御装置が知られている。特許文献１に開示されたフィードバック型能動騒音制御装置は、二次音の放射により騒音と干渉させて騒音を低減するフィードバック型能動騒音制御装置において、騒音源を包囲し消音すべき騒音の波長に比べて断面寸法が十分小さい一次元のダクトと、該ダクトに設けられ二次音を放射する二次音放射スピーカと、二次音放射スピーカよりも騒音源から遠い位置に設置され二次音放射スピーカから放射される二次音と騒音が干渉して生成される合成波の音圧を検知する誤差検知手段と、該誤差検知手段が検知した音圧に電気的な信号処理を施して二次音用の信号を生成して該二次音放射スピーカに出力する二次音生成フィルタを有し、該二次音生成フィルタは、二次音放射スピーカの入力信号から誤差検知手段の出力信号に至る電気−音響周波数応答の所定の周波数範囲における最小位相特性の逆特性に基づいて誤差検知手段から出力される電気信号に対して信号処理を行うとともに高域周波数成分を低減させることを特徴としている。
【０００３】
また、特許文献２に開示されたアクティブ消音装置も知られている。特許文献２に開示されたアクティブ消音装置は、入力手段である一個または複数個の騒音検出手段と、検出騒音の入力信号の中から特定周波数の信号を選択通過させ、通過した信号を逆位相に変換し、増幅する制御部と、出力手段である一個または複数個のスピーカとを具備するアクティブ消音装置において、該制御部における位相変換率および増幅率を個別にも同時にも調節可能としたことを特徴としている。
【０００４】
ところで、近年、都市部における住宅の密集化・集合化等により、生活環境の場において騒音防止が重要な問題となっている。このため、騒音防止の手段として、種々の遮音パネルが用いられているが、満足できる遮音性能は得られていないというのが現状である。
例えば、中間に空気層を有する２重構造の壁やガラス窓（二重窓）が軽量で遮音性も比較的良好であるとして使用されている。ここで、壁に窓が取り付けられた場合、窓の遮音性能が比較的低いことから壁全体として見た場合の遮音性能は窓の遮音性能で決まる場合が多いことに留意しておく必要がある。
【０００５】
多重窓は一般に空気層を介して２枚以上の窓ガラスを配置した窓であり、比較的高い遮音性能を有する。二重窓は多重窓のうち、板ガラスを２枚とした場合の例である。住宅用窓の分野では、遮音を含め断熱、結露防止など多様な要望に応えることのできる窓とするために、一重窓を後から二重化する製品なども市場に出回っている。二重窓の遮音性能の高さはガラスを一定の厚みを持った空気層で挟んだ構造による。この原理は建築における遮音壁の遮音原理としてよく知られた原理と共通する原理である。
【０００６】
ここで、二重窓の窓断面構成を考慮した共鳴透過周波数f0(Hz)は、以下に示す式で表される。二重窓の特徴は、２枚分の重いガラスで一重窓を構成するよりも二重化した方が、共鳴透過周波数よりも高い周波数帯域で遮音性能が高くなることである。
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m：ガラス１枚の面密度(kg/m2)
d：空気層の厚さ(m)
ρ：空気の密度(kg/m3)
c：空気の音速(m/s)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５５６８４号公報
【特許文献２】特開平８−７６７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで二重窓の遮音性能に関しては、上記共鳴透過周波数f0の近傍において、二枚のガラスと空気層の空気バネによる共鳴により低下することが知られている。そのため、共鳴透過周波数を実用的な観点から重要でない低音域に下げることが行われる場合もある。共鳴透過周波数の低下は例えば空気層の厚さを厚くすることにより行う。
【０００９】
例えば、ＪＩＳで規定される遮音性能の下限値は１２５Ｈｚ帯域なので、共鳴透過周波数をこの周波数帯域よりも低く設計することが考えられる。一例として６ｍｍ厚のフロートガラスを用いた場合、必要な空気層厚さは７０ｍｍ程度となる。交通騒音や都市雑音に含まれる６３Ｈｚ帯域の音に対応するためには、設計上３００ｍｍもの厚さの空気層が要求される。空気層の厚さがここまで厚くなると、６ｍｍ厚程度のフロートガラスでは実際上二重窓を実現することができない。また、空気層を厚くするという手段に対しては建築上の制約が大きくなることも想定される。すなわち、共鳴透過周波数を下げるという手法を用いて共鳴透過周波数に起因する振動の影響を抑制することには限界があり、共鳴透過周波数の影響を抑制する新たな方法が求められている。
【００１０】
なお、上記では二重窓を例示して窓の遮音について説明したが、単板ガラスを用いた一重窓についても同様の事情が存在する。すなわち、単板ガラスにおいては空気層による共振はないが、板振動による共振が発生する。この板振動による共振も同様に遮音性能の低下を招くため、共鳴透過周波数の影響を抑制する新たな方法があれば、二重ガラスの場合と同様に共鳴の抑制による遮音性能の向上が可能である。
【００１１】
この点、特許文献１に係るフィードバック型能動騒音制御装置も、特許文献２に係るアクティブ消音装置も共鳴透過周波数の影響を抑制する新たな方法を提示するものではない。例えば特許文献１に係るフィードバック型能動騒音制御装置は、いわゆる古典フィードバック制御のスミス法を用いるものである。実績のある方法ではあるが、二次音生成フィルタ以外に遅延の補償器回路を設計する必要がある。特許文献１では最小位相について言及しているが、特許文献１は制御フィルタを用いて伝達系の逆振幅特性を発現させることは想定していない。さらに、特許文献１に係るフィードバック型能動騒音制御装置では制御対象系の出力が小さい周波数帯域で大きな制御外力がかかる構造となり、制御対象以外の騒音やノイズに弱いという問題がある。
【００１２】
さらに、フィードバック制御ではループの位相余裕の低下による不安定化に留意する必要がある。すなわち、位相余裕が低下すると特定の周波数で発振等の問題を引き起こす可能性がある。そのため、フィードバックループ系に位相補償回路を配置することが一般的に行われている。上述のように特許文献１に係るフィードバック型能動騒音制御装置でも位相補償回路が必要とされる。しかしながら、制御系に位相補償回路を設けること自体煩雑である上、位相補償回路は設計にも手間がかかり、制御系のパラメータが変化した場合は基本的に再度設計し直す必要がある。従って、位相補償回路がなくとも安定して動作することが可能であればなお好ましい。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、対象物の共鳴透過による振動を安定して効果的に抑制する制御系を容易に構築可能な振動抑制装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、第１の態様の振動抑制装置は、共振する制御対象の振動を検出し、振動信号を出力するセンサと、入力された信号に応じて前記制御対象を加振する加振器と、前記センサから入力された前記振動信号をフィルタ処理した信号を出力する信号処理部と、前記信号処理部から出力された前記信号を増幅して前記加振器に入力するアンプと、を含む振動抑制装置であって、前記信号処理部は、前記センサ、前記加振器、および前記信号処理部を含む系の伝達関数から最小位相成分を除去した残りの成分であるオールパス成分の逆特性と、振動を抑制する対象の対象周波数帯域であって、前記制御対象の共振周波数を含んだ対象周波数帯域との積に基づいて定めたフィルタ特性により前記フィルタ処理を行なうものである。
【００１５】
第１の態様の振動抑制装置では、共振する制御対象の振動を検出し、振動信号を出力するセンサと、入力された信号に応じて制御対象を加振する加振器と、センサから入力された振動信号をフィルタ処理した信号を出力する信号処理部と、信号処理部から出力された信号を増幅して加振器に入力するアンプと、を含む振動抑制装置において、信号処理部が、センサ、加振器、および信号処理部を含む系の伝達関数から最小位相成分を除去した残りの成分であるオールパス成分の逆特性と、振動を抑制する対象の対象周波数帯域であって、制御対象の共振周波数を含んだ対象周波数帯域との積に基づいて定めたフィルタ特性によりフィルタ処理を行なう。これにより、対象物の共鳴透過による振動を安定して効果的に抑制する制御系を容易に構築可能な振動抑制装置を提供することが可能となる。
【００１６】
第２の態様の振動抑制装置は、第１の態様の振動抑制装置において、前記伝達関数は、前記アンプから前記加振器、および前記センサを介して前記信号処理部のフィルタ処理までの伝達特性を表す関数であるものである。
【００１７】
第２の態様の振動抑制装置では、伝達関数が、アンプから加振器、およびセンサを介して信号処理部のフィルタ処理までの伝達特性を表す関数となっている。これにより、フィルタの設計がより容易となる。
【００１８】
第３の態様の振動抑制装置は、第１の態様または第２の態様の振動抑制装置において、前記センサは、前記制御対象の振動を直接検出する振動センサ、または前記制御対象に接している空気の振動を検出することにより前記制御対象の振動を間接的に検出するマイクロホンであるものである。
【００１９】
第３の態様の振動抑制装置では、センサが、制御対象の振動を直接検出する振動センサ、または制御対象に接している空気の振動を検出することにより制御対象の振動を間接的に検出するマイクロホンであるものである。これにより、制御対象に応じた適切な振動センサの選択が可能となる。
【００２０】
第４の態様の振動抑制装置は、第１の態様から第３の態様のいずれかの振動抑制装置において、前記制御対象は窓部に配置された１枚のガラス板、または各々の間に空気層を挟んで窓部に配置された二重のガラス板であるものである。
【００２１】
第４の態様の振動抑制装置では、制御対象が窓部に配置された１枚のガラス板、または各々の間に空気層を挟んで窓部に配置された二重のガラス板となっている。これにより、さまざまな形態の窓部について、共鳴透過による振動を安定して効果的に抑制する制御系を容易に構築可能な振動抑制装置を提供することが可能となる。
【００２２】
第５の態様の振動抑制装置は、第１の態様から第４の態様のいずれかの振動抑制装置において、前記対象周波数帯域は、異なる共振周波数帯域を各々含んだ複数の周波数帯域であり、前記フィルタ特性は、前記オールパス成分の逆特性と前記複数の周波数帯域の各々との積を加算して定められているものである。
【００２３】
第５の態様の振動抑制装置では、対象周波数帯域が、異なる共振周波数帯域を各々含んだ複数の周波数帯域であり、フィルタ特性は、オールパス成分の逆特性と複数の周波数帯域の各々との積を加算して定められている。これにより、制御対象が複数の共振周波数を含んでいる場合に各々の共振周波数に起因する振動の抑制を効率的に行うことができる。
【００２４】
第６の態様の振動抑制装置は、第１の態様から第５の態様のいずれかの振動抑制装置において、前記センサと前記加振器とを前記制御対象の対応する位置に配置したものである。
【００２５】
第６の態様の振動抑制装置では、センサと加振器とが制御対象の対応する位置に配置されている。これにより、センサによる振動信号を制御信号とした加振器の帰還制御を効率よく行うことが可能となる。
【００２６】
第７の態様の振動抑制装置は、第６の態様の振動抑制装置において、前記制御対象が窓部に配置された１枚のガラス板の場合、前記センサを前記ガラス板の一方の面側に配置し、前記加振器を前記ガラス板の他方の面の前記センサと対応する位置に取り付け、前記制御対象が各々の間に空気層を挟んで窓部に配置された二重のガラス板である場合、前記センサを前記二重のガラス板の一方のガラス板の一方の面側に配置し、前記加振器を前記一方のガラス板の他方の面の前記センサと対応する位置に取り付けたものである。
【００２７】
第７の態様の振動抑制装置では、制御対象が窓部に配置された１枚のガラス板の場合、センサをガラス板の一方の面側に配置し、加振器をガラス板の他方の面のセンサと対応する位置に取り付け、制御対象が各々の間に空気層を挟んで窓部に配置された二重のガラス板である場合、センサを二重のガラス板の一方のガラス板の一方の面側に配置し、加振器を一方のガラス板の他方の面のセンサと対応する位置に取り付ける。これにより、センサによる振動信号を制御信号とした加振器の帰還制御を効率よく行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本開示によれば、対象物の共鳴透過による振動を安定して効果的に抑制する制御系を容易に構築可能な振動抑制装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態に係る振動抑制装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る振動抑制装置の帰還制御モデルを示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る振動抑制装置の帰還制御の周波数特性を説明するグラフである。
【図４】第２の実施の形態に係る振動抑制装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。以下では、振動抑制装置の制御対象として窓部を例示し、本発明に係る振動抑制装置を窓部の振動を抑制する振動抑制装置に適用した形態を例示して説明する。また、以下の説明において「遮音する」ことは、「振動を抑制する」ことと等価である。
【００３１】
本実施の形態に係る振動抑制装置は、窓部を構成する窓ガラスにおける共鳴透過によって発生する遮音欠損を解消することを目的とし、電気音響機器を用いたアクティブ遮音技術を採用している。より具体的には板ガラスに加振器を、板ガラスまたは板ガラスの近傍の空気層に振動センサを配置し、該振動センサからの信号に基づいた負帰還制御によって遮音欠損の起こる周波数帯域の振動を抑制する制御を行うことで遮音欠損を抑制する。その際、窓部の遮音性能が低い共鳴透過周波数および共鳴透過周波数の周辺帯域を制御対象帯域として制御フィルタで限定し、遅延の逆特性を有するフィルタを構成して最小位相化（遅れ補償）処理を行う。そのため、本実施の形態に係る振動抑制装置では位相補償用のフィルタを必要としない。なお、本実施の形態では、制御フィルタの一例としてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いている。
【００３２】
［第１の実施の形態］
図１から図３を参照して、本実施の形態に係る振動抑制装置１０について説明する。図１（ａ）に示すように、振動抑制装置１０は、振動センサ１２、信号処理装置１４、増幅器１６、および加振器１８を含んで構成されている。図１（ｂ）は振動抑制装置１０が配置されるガラス窓６０を示しており、該ガラス窓６０は窓枠５４−１と５４−２との間に配置された板ガラス５０−１、５０−２（以下、総称する場合は「板ガラス５０」）を備えている。そして、板ガラス５０−１と５０−２との間には空気層５２が介在している。
【００３３】
振動センサ１２は、板ガラス５０−１の一方の面側（図１（ａ）では空気層５２側を例示している）に配置され、ガラス窓６０の振動を検出する。振動センサ１２は板ガラス５０−１に接触させて配置してもよいし、板ガラス５０−１から離間させて配置させてもよい。板ガラス５０−１と接触させて配置した場合にはガラス窓６０の振動として直接板ガラス５０−１の振動を検出し、離間させて配置した場合には空気層５２を介してガラス窓６０の振動を検出する。なお、図１（ａ）では振動センサ１２を板ガラス５０−１の面に配置する形態を例示しているが、板ガラス５０−２の面に配置させてもよい。また、振動センサ１２は、空気層５２側ではなく空気層５２の反対側に配置させてもよい。振動センサ１２を配置させる板ガラス５０−１の面上の位置は特に限定されないが、板ガラス５０−１の中央部がより好ましい。
【００３４】
振動センサ１２としては、特に限定されず、例えば電磁アクチュエータ、圧電センサ、超磁歪素子等を用いることができる。振動センサ１２を板ガラス５０に接触させて配置した場合には板ガラス５０の振動データが取得され、板ガラス５０から離間させ空気層５２に配置した場合には空気層５２の音圧データが取得される。また、空気層５２に配置する場合には振動センサ１２としてマイクロホンを用いることもできる。振動センサ１２の出力（本実施の形態では振動データまたは音圧データ、以下、「センサ出力Ｓｓ」）は信号処理装置１４に出力され、振動抑制装置１０における制御信号となる。
【００３５】
信号処理装置１４は、センサ出力Ｓｓに対して予め定められた信号処理を行い、増幅器１６に出力する。信号処理装置１４で実行される信号処理は、主としてセンサ出力Ｓｓに対するフィルタ処理である。信号処理装置１４には、後述する制御フィルタＨの特性を記憶するＲＯＭ等の記憶部が含まれる場合もある。信号処理装置１４における本フィルタ処理によって、加振器１８を駆動するために最適化された信号が生成される。本実施の形態に係るフィルタ処理の詳細については後述する。
【００３６】
増幅器１６は、信号処理装置１４から受けた信号を増幅し、加振器１８を駆動するのに適した信号（以下、「駆動信号Ｓｄ」）を生成する。すなわち、増幅器１６は信号処理装置１４からの信号に対し、加振器１８の駆動に必要とされる振幅、駆動能力等を付与する。
【００３７】
加振器１８は、駆動信号Ｓｄに応じて板ガラス５０−１に振動を加える部位である。加振器１８から板ガラス５０−１に加えられる振動はセンサ出力Ｓｓが信号処理装置１４によってフィルタ処理された信号であり、意図せず発生した板ガラス５０−１の振動を効果的に抑制することができる。本実施の形態では、加振器１８の形態として特に限定されず、例えばアクチュエータを用いることができる。
【００３８】
本実施の形態では振動センサ１２および加振器１８を設置する相対的な位置関係について特に制限はないが、例えば板ガラス５０の面上に振動センサ１２および加振器１８を配置する場合には、互いに板ガラス５０の上で対応する位置、すなわち、板ガラス５０の表裏で同じ位置に配置するのがより好ましい。このように配置することにより、振動センサ１２による振動信号を制御信号とした加振器１８の帰還制御を効率よく行うことが可能となる。
【００３９】
以上のように構成された振動抑制装置１０は以下のように動作する。すなわち、本実施の形態では、板ガラス５０または空気層５２における共鳴を振動センサ１２で検出したセンサ出力（制御出力）を制御対象とするとともに、該制御出力を再度振動センサ１２に入力させるフィードバック（帰還）制御が実行される。振動センサ１２で取得されたセンサ出力Ｓｓの信号に対し信号処理装置１４によって制御フィルタＨの特性を付与した後、増幅器１６（アンプ）でゲイン（利得）等を調整して加振器１８へ入力する。つまり、板ガラス５０−１のガラス面での振動が抑制されるように制御フィルタＨの伝達関数が作成される。
【００４０】
次に本実施の形態に係る制御フィルタＨの導出方法について説明する。
【００４１】
本実施の形態に係る振動抑制装置の帰還制御モデルを図２に示すモデルに設定し、伝達関数Ｇ、Ｈを以下のように定義する。
Ｇ：アンプから加振器、振動センサを介して信号処理装置に至るまでの伝達関数 
Ｈ：制御フィルタの伝達関数
ａ：アンプの利得
このとき、負帰還制御しない状態での伝達関数Ｇは、負帰還制御を行うことにより以下に示す（式１）で表される。
Ｇ／（１＋ａ・Ｇ・Ｈ）  ・・・  （式１）
ただし、記号「・」は積を意味する。
（式１）において、ａを大きく設定することにより制御系の伝達率が下がり振動が抑制される。ただし、Ｇ・Ｈが−１となる周波数ではａを大きくとると逆に伝達率が増大する。従って、アンプの利得ａの大きさは適切に設定する必要がある。
【００４２】
以下、本実施の形態に係る制御フィルタＨの導出方法について説明する。以下の説明で使用する各記号について、以下のように定義する。
Ｇ０：制御対象周波数での複素振幅
Ｆｌｔ：共鳴周波数を含んだ制御対象周波数帯域を選択するバンドパスフィルタの伝達関数
Ｆｐ：最小二乗法誤差抑制用フィルタの伝達関数
Ｇｏ：伝達関数Ｇの最小位相成分
Ｇｉ：伝達関数Ｇのオールパス成分
結論として、制御フィルタＨの伝達関数は以下に示す（式２）で与えられる。ただし、このＨは近似値である。
Ｈ＝Ｆｌｔ／（Ｇｉ・Ｇ０）  ・・・  （式２）
以下（式２）の導出について説明する。
【００４３】
まず、以下に示す（式３）によってＧ’を定義する。
Ｇ’＝Ｆｌｔ・Ｇ  ・・・  （式３）
次に、以下の（式４）に示すように、このＧ’を最小位相成分Ｇｏとオールパス成分Ｇｉに分解する。
Ｇ’＝Ｇｏ・Ｇｉ  ・・・  （式４）
【００４４】
次に、Ｇｏのピーク（制御対象）における複素振幅Ｇ０を用いてＧｏを正規化し、以下の（式５）に示すＱを定義する。
Ｑ＝Ｇｏ／Ｇ０  ・・・  （式５）
（式５）によって、ピーク周波数で振幅が１となる共鳴曲線Ｑが観測値Ｇから得られる。制御フィルタＨは、下記（式６）に示すように、最小二乗法を用い、制御系の出力Ｇ・ＨがこのＱに一致するようにして設計する。
Ｆｐ・Ｇ・Ｈ’＝Ｑ  ・・・  （式６）
【００４５】
最後に、最小二乗法で利用したＦｐの特性を消去するため、
Ｈ＝Ｆｐ・Ｈ’  ・・・  （式７）
として近似的な制御フィルタＨが作成される。すなわち、（式７）を（式６）に代入して、Ｇ・Ｈ≒Ｑとなるから、これを途中(式３）、（式４）、（式６）を用いて、以下に示す（式８）のように変形し、（式２）が得られる。
Ｈ≒Ｑ／Ｇ＝Ｇｏ／（Ｇ・Ｇ０）＝（Ｆｌｔ・Ｇ）／（Ｇ・Ｇ０・Ｇｉ）
＝Ｆｌｔ／（Ｇｉ・Ｇ０）  ・・・  （式８）
すなわち、（式８）（＝（式２））によって制御フィルタＨが、用いた最小二乗法の精度内で近似的に得られる。（式８）の特徴は１／Ｇｉにあり、この１／Ｇｉが位相を適正化する働きをする。ここで、Ｇ０は制御対象周波数における最小位相成分Ｇｏの複素振幅であるので、その周波数ではＱ＝Ｇｏ／Ｇ０＝１となるため、ａを大きく取ることで、制御伝達系の振幅が小さくなり制御が達成される。
【００４６】
ここで、本実施の形態に係る制御フィルタに関し補足する。共鳴系は理想的にはオールパス成分を持たないため、最小位相化のプロセスは不要である。しかしながら、実際の制御系は加振器１８や振動センサ１２の特性を含みオールパス成分を有する。特に、一般的な信号処理装置は遅延を有するためオールパス成分は遅延で構成される。遅延はフィードバック制御において制御フィルタの設計を困難にする主要因である。そこで本実施の形態では、制御対象とする周波数帯域をＦｌｔによって限定し、その帯域で遅延の逆特性を有するフィルタを作成している。
【００４７】
次に図３を参照して、本実施の形態に係る制御フィルタＨの効果について説明する。図３は、ある共鳴特性を有するガラス窓６０について測定した伝達関数ＧＨの周波数特性の一例を示したものである。図３（ａ）は信号処理装置１４で制御フィルタＨを構成した場合の伝達関数ＧＨの周波数特性を示し、図３（ｂ）は信号処理装置１４で制御フィルタＨを構成しない場合の伝達関数ＧＨの周波数特性を示しており、各々＜１＞は利得周波数特性、＜２＞は位相周波数特性を示している。すなわち図３の各々のグラフの横軸は周波数（単位はＨｚ、図３では「ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈ）」と表記）を示し、＜１＞の縦軸は利得（単位はｄＢ、図３では「ＧＨ（ｄＢ）」と表記）を示し、＜２＞の縦軸は位相（単位はｄｅｇ（度）、図３では「ａｎｇｌｅ（ｄｅｇ）」と表記）を示している。
【００４８】
図３（ａ）＜１＞、あるいは図３（ｂ）＜１＞に示すように、本例におけるガラス窓６０の共振周波数は約５７Ｈｚとなっている。図３（ａ）＜２＞と図３（ｂ）＜２＞とを比較して明らかなように、出力ＧＨが−１とならない範囲、すなわち位相が±１８０ｄｅｇに収まっている範囲は制御フィルタＨを構成した本実施の形態の制御方法の方が広く、制御対象とできる周波数幅を広くすることができ、また制御効果を大きくできることがわかる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施の形態に係る振動抑制装置では、窓部の遮音性能が低い共鳴周波数の周辺帯域を制御対象帯域としてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）で限定し、遅延の逆特性を有するフィルタを用いて最小位相化（遅れ補償）を行っている。このことにより、空気層を介した積層ガラスに対して窓部の遮音性能を高め、さらに遮音性能が低い共鳴周波数の周辺帯域のみにアクティブ消音の制御を行って、全体的に遮音性能を高めることが可能となっている。また、窓部の遮音性能が低い周波数帯域のみに制御出力をすることで、本実施の形態に係る制御出力は、遮音効果を高めたい帯域に対して最適化され、対象周波数域の遮音効果を高めることができる。さらに、アクティブ遮音を作用させない帯域では信号処理装置１４から出力されないので、ノイズの影響を抑制することができる。
【００５０】
換言すると、本実施の形態に係る振動抑制装置では、制御フィルタＨは振動センサの出力に対する周波数選択と位相の調整のみを行なっているので、共鳴周波数帯域に関わらず窓ガラスの振動を制御することができる。また、センサ出力のない周波数帯域、つまり振動が発生していない周波数帯域では制御信号が出力されないため、ノイズの発生を抑制することができる。さらに位相補償回路を必要としないので制御系の設計が容易であり、制御系のパラメータが変わった場合でも柔軟に安定した制御系を構築することができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態に係る振動抑制装置では、遮音性能が低い共鳴周波数の周辺帯域を制御対象帯域としてバンドパスフィルタで限定する構成を採用しているので、特に制御対象（本実施の形態では窓部）が複数の共鳴周波数を含んでいる場合に各々の共鳴周波数に起因する振動の抑制が行いやすい。
【００５２】
なお、本実施の形態では多重窓の一例として二重窓を例示して説明したがこれに限られず、三重以上の多重窓にも同様に適用してもよい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
図４を参照して、本実施の形態に係る振動抑制装置１０Ａについて説明する。振動抑制装置１０Ａは上記実施の形態に係る振動抑制装置１０の制御対象を変えた形態である。すなわち振動抑制装置１０Ａの制御対象も窓部であるが、振動抑制装置１０Ａの制御対象は図４（ｂ）に示すように、単一の板ガラス５０が窓枠５４−１と５４−２との間に配置されたガラス窓６２とされている。
【００５４】
図４（ａ）に示すように振動抑制装置１０Ａも振動抑制装置１０と同様、振動センサ１２、信号処理装置１４、増幅器１６、および加振器１８を含んで構成されている。振動抑制装置１０と同じ符号を付した構成は同様の機能を有するので、振動抑制装置１０Ａも振動センサ１２で検出したセンサ出力を制御信号とし、該制御信号を信号処理装置１４でフィルタ処理し、フィルタ処理後の信号から増幅器１６により駆動信号を生成して該駆動信号により加振器１８を駆動し、振動を加えて板ガラス５０の振動を抑制している。
【００５５】
その結果、本実施の形態に係る振動抑制装置１０Ａによって、制御対象としてのガラス窓が単一の板ガラス５０の場合でも、対象物の共鳴透過による振動を安定して効果的に抑制する制御系を容易に構築可能な振動抑制装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１０Ａ  振動抑制装置
１２      振動センサ
１４      信号処理装置
１６      増幅器
１８      加振器
５０、５０−１、５０−２  板ガラス
５２      空気層
５４−１、５４−２  窓枠
６０、６２  ガラス窓
Ｓｄ      駆動信号
Ｓｓ      センサ出力
【図１】
2020086157.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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