(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音波を取り込み、その逆位相の音波をスピーカーより発生させ、騒音波に合流させて消音するアクティブ消音装置であって、消音前の騒音を検出して電気信号化する騒音検出部と、消音後の音を検出して電気信号化する消音検出部とを備え、両検出部の検出信号をスピーカーの電圧制御用コントローラーに入力する構成のものにおいて、
該騒音検出部の検出信号における各周波数成分の中で、一定レベルに達しない成分を一定レベルに増幅するイコライザー機構を設け、該消音検出部の検出信号により消音効果のない周波数成分が認められる時に、最大レベルの周波数成分との較差を算出し、これが、設定した基準差を超えている場合には、該イコライザー機能による増幅調節を行うことを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項２】
請求項１記載のアクティブ消音装置において、
騒音源が、騒音レベルの増減する過渡状態と、一定レベルの騒音を発生する定常状態とを呈する場合に、該コントローラーのスピーカー制御用出力レベルを最適値に収束させるための係数を、過渡状態用と定常状態用の二通り設定し、該騒音検出部の検出レベルの変化の割合によって過渡状態か定常状態かを判別して該係数の選択を行うことを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項３】
請求項１記載のアクティブ消音装置において、
該騒音検出部と該消音検出部とに、特定周波数成分を抽出する手段を設け、両検出部より抽出された周波数成分のレベルの比較により、制御不安定にて発生する増音の検出を行うことを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項４】
請求項１記載のアクティブ消音装置において、
該騒音検出部の検出信号レベルを、該消音検出部位置までの距離と騒音源の状態に基づき設定されたレベル減衰関数に代入し、この値と、消音検出部の検出信号レベルとを比較することにより、制御不安定にて発生する増音の検出を行うことを特徴とするアクティブ消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、騒音源として例えば内燃機関（船舶用機関等）の排気を導入し、このような騒音源より発生する騒音波の逆位相の音波をスピーカーにて発生させ、騒音波に合流させることによって消音するアクティブ消音装置において、騒音中に消音しにくい低レベルの音が含まれる場合に対応する手段、スピーカーの有効振幅を確保し、スピーカー音量を高める手段、或いは騒音源の状態の変化に対応する手段を設けることによる、消音効果を高める構成と、スピーカーの故障等による装置の制御不安定をいち早く発見するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、騒音を取り込んで、これにスピーカーにて発生させる人為的な逆位相の音を合流させて消音するアクティブ消音装置は特開平７−３１９４８１号公報で公知となっており、例えば、船舶等の内燃機関の排気管に介設されている。
即ち、騒音をモニターする騒音検出手段（ソースマイク）を介して、騒音を電気信号化して、スピーカーへの電圧制御用コントローラーに入力し、このモニターされた信号と逆位相の音をスピーカーから発生させるのである。騒音には様々な周波数成分が含まれ、それぞれが色々なレベルを有しており、スピーカーから発生する音における各周波数成分毎のレベルを解析すれば、騒音と比例する様態となる。
【０００３】
例えば、騒音中にて、周波数成分ｆn のレベルが特に高い場合には、スピーカー音においても、周波数成分ｆn のレベルが特に高くなる。スピーカーの発生音はコントローラーにて音量（出力レベル）を調節可能であり、また、スピーカー音を騒音に合流させた後の消音効果を確認すべく、消音検出手段（エラーマイク）をモニターとして設けており、そのモニター結果に基づいてコントローラーにおける出力レベルを制御し、スピーカーの音量調節制御を行うのである。なお、騒音をスピーカー音と合流させる前の段階で、スピーカー音にて消音効果を上げる程度に騒音をバンドパスフィルター等の整音装置に通過させて一定音域に是正する技術も公知となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアクティブ消音装置において、騒音中には、ソースマイクの配設位置等の関係により、該ソースマイクでは検出できないような低レベルの周波数成分が含まれている場合があり、この場合、コントローラーがスピーカーからの発生音中のその周波数成分におけるレベルを適切に制御できず、スピーカー音には、その周波数成分の音が含まれない結果となり、騒音中の該周波数成分の音が消音されないまま残ってしまうということとなる。スピーカーよりこのような低レベルの周波数成分についても音を発生させるには、ソースマイクにてモニターできる程度に周波数成分を増幅させる技術が必要だが、従来、このような構成のソースマイクの入力手段はなかった。
【０００５】
また、内燃機関の排気音の消音にアクティブ消音装置を使用する場合等には、内燃機関の起動時や加速時（過渡時）では、騒音に含まれる周波数成分のレベルの様態や、騒音全体としてのレベルが、定常時とは異なる。例えば定常運転時に消音を施すべく設定した収束係数（コントローラーのスピーカー制御用出力レベルを最適値に収束させるための係数）では、過渡状態（起動時等）の急速に変化する騒音に対して設定値が大きくなり、却って増音する結果を招く。
また、過渡状態に対応した小さな収束係数では、定常運転時において、騒音の収束（スピーカー音の最適値への収束）に時間が掛かり過ぎる結果となる。従来、このような内燃機関の過渡状態から定常運転状態への移行時をいち早く検出してスピーカー音を調節する技術はなかったのである。
【０００６】
また、スピーカーが故障する等により、消音制御が不安定化するにつれ、消音効果は低減してしまう。このような事態に陥る前段階として、騒音中の一定の周波数成分のレベルについて、或いは騒音全体のレベルについて、消音後に増音が認められるという事態が起こる。
これを検出できれば、スピーカーの故障等、装置の制御不安定に着目して、改善作業をいち早く施すことができるが、このような消音効果低減の兆候としての増音を検出する構成は今までになかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上のような課題を解決するため、次のような手段を用いる。
請求項１においては、騒音波を取り込み、その逆位相の音波をスピーカーより発生させ、騒音波に合流させて消音するアクティブ消音装置であって、消音前の騒音を検出して電気信号化する騒音検出部と、消音後の音を検出して電気信号化する消音検出部とを備え、両検出部の検出信号をスピーカーの電圧制御用コントローラーに入力する構成のものにおいて、該騒音検出部の検出信号における各周波数成分の中で、一定レベルに達しない成分を一定レベルに増幅するイコライザー機構を設け、該消音検出部の検出信号により消音効果のない周波数成分が認められる時に、最大レベルの周波数成分との較差を算出し、これが、設定した基準差を超えている場合には、該イコライザー機能による増幅調節を行うように構成したものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載のアクティブ消音装置において、騒音源が、騒音レベルの増減する過渡状態と、一定レベルの騒音を発生する定常状態とを呈する場合に、該コントローラーのスピーカー制御用出力レベルを最適値に収束させるための係数を、過渡状態用と定常状態用の二通り設定し、該騒音検出部の検出レベルの変化の割合によって過渡状態か定常状態かを判別して該係数の選択を行うように構成したものである。
【０００９】
請求項３においては、請求項１記載のアクティブ消音装置において、該騒音検出部と該消音検出部とに、特定周波数成分を抽出する手段を設け、両検出部より抽出された周波数成分のレベルの比較により、制御不安定にて発生する増音の検出を行うように構成したものである。
【００１０】
請求項４においては、請求項１記載のアクティブ消音装置において、該騒音検出部の検出信号レベルを、該消音検出部位置までの距離と騒音源の状態に基づき設定されたレベル減衰関数に代入し、この値と、消音検出部の検出信号レベルとを比較することにより、制御不安定にて発生する増音の検出を行うように構成したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、添付の図面より説明する。
図１は整音器３を有するアクティブ消音装置の概略図とレベル補正の様子を示す図、図２はソースマイクＳＭにイコライザーを設けたアクティブ消音装置の概略図とイコライザーによるレベル補正の様子を示す図、図３は同じくアクティブ消音装置の概略図とソースマイクＳＭの検出信号内の最高周波数成分と消音不可能な周波数成分との差を考慮してのイコライザーによるレベル補正の様子を示す図である。
【００１２】
図４は同じくアクティブ消音装置と概略図と同じく段階的なイコライザーによるレベル補正の様子を示す図、図５は前後を連通管５にて連通させてスピーカーＳの変位補正を図った様子を示す図、図６はスピーカーボックス５と冷却ボックス７とを連通させてスピーカーＳの補正を図った様子を示す図、図７は機関の過渡時と定常時とにおける収束係数に対する消音量の関係のグラフを示す図、図８は過渡時と定常時との判定による収束係数の選択に基づくアクティブ消音装置のスピーカー音制御フローチャート図である。
【００１３】
図９はソースマイクＳＭとエラーマイクＥＭとの検出信号より特定周波数成分を抽出して比較することによる増音検出法を示す図、図１０はソースマイクＳＭ検出信号レベルの減衰状態を距離と運転状態から推定し、エラーマイクＥＭの検出信号レベルと比較することによる増音検出法を示す図、図１１は図１０の方法による増音検出フローチャート図、図１２はスピーカーの後部に湿度センサを設けることによるスピーカーの故障検出方法を示す図である。
【００１４】
図１３は図１２の方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図、図１４は図１２及び図１３の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図、図１５はスピーカーの前後に湿度センサを設けることによるスピーカーの故障検出方法を示す図、図１６は図１５の方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図、図１７は図１５及び図１６の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図、図１８はエラーマイクＥＭの検出信号より高周波数成分を抽出して基準値と比較することによるスピーカーの故障検出方法を示す図、図１９は図１８の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図である。
【００１５】
図２０はコントローラー出力とその基準値との比較によるスピーカー故障検出方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図、図２１は図２０図示の検出基準に基づくコントローラー出力の検出によるスピーカー故障検出フローチャート図、図２２は図１８及び図１９の方法と図２０及び図２１の方法とを組み合わせたスピーカー故障検出フローチャート図、図２３はスピーカーの変位計測手段を設けることによるスピーカーの故障検出方法を示す図、図２４は図２３の方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図、図２５は図２３及び図２４の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図、図２６は同じく設定基準値を運転条件から決定する過程を含むスピーカー故障検出フローチャート図である。
【００１６】
まず、アクティブ消音装置の概略全体構成を図１等より説明する。騒音波の伝播する管として、本管１を配管しており、これは、例えば内燃機関の排気音を消音するのに使用する場合には、排気管と一体化している。図１ではスピーカーＳを本管１に直接対峙させ、本管１内にてスピーカーＳの前面が対峙する箇所は音波干渉部２となっている。なお、図５等の実施例では、スピーカーＳの前面を枝管４に臨ませており、該枝管４は、本管１の音波干渉部２に合流させるものである。音波干渉部２では、騒音波と、スピーカーＳからの逆位相音波とが干渉し合って相殺され、消音されるのである。スピーカーＳからの発生音は、コントローラーの出力電圧制御により制御され、また、本管１における音波干渉部２よりも上手側には、消音前の騒音を検出する騒音検出部としてのソースマイクＳＭを、該音波干渉部２よりも下手側には、消音後の音を検出する消音検出部としてのエラーマイクＥＭを配設しており、それぞれの検出する音が電気信号化されて、コントローラーに入力される。なお、ソースマイクＳＭからコントローラーの入力部への信号経路には、イコライザーが介設されているが、これについては後述する。
【００１７】
このような構成において、基本的な消音制御方法としては、ソースマイクＳＭの検出レベルと、エラーマイクＥＭの検出レベルを、コントローラーにて比較して、消音効果を認知し、スピーカーＳへの出力レベルを調節して、スピーカーＳの音量を、最も消音効果の上がる音量に調節する。
【００１８】
コントローラーに入力されるソースマイクＳＭの信号レベルには、コントローラーが消音に必要な信号を送出するのに必要な一定のレベル域ＳＺがある。即ちソースマイクＳＭの検出した信号の中で、ピークを示す周波数成分ｆL を最大値とするレベル域ＳＺ（例えば２０〜３０ｄＢ）内に達していることが消音可能な条件となる。例えば、図１（ａ）の如く、ピークを示す周波数成分ｆL に比べてレベル域ＳＺに達しないレベルの周波数成分ｆn が含まれるとする。そのままの状態で音波干渉部２に到達させ、スピーカーＳの音により消音させても、この場合、（ｂ）の如く、レベル域ＳＺに達しない周波数成分ｆn は、全く消音効果が見られない。
【００１９】
そのために、図１の如く、本管１のソースマイクＳＭの配設位置よりも上手側にバンドパスフィルター等の整音器３を介設することが考えられる。これは、騒音中の一定の周波数域の音を減衰するものである。例えば、（ａ）中に見られるような高レベル（ピーク）の周波数成分ｆL を含む一定周波数域の音を減衰するように設定したバンドパスフィルターを設けるとする。騒音中には、消音域を超える高レベルの周波数成分ｆL が含まれるが、該バンドパスフィルターを通過した時点で、（ｃ）の如く、該周波数成分ｆL は減衰される。これにより、該周波数成分ｆL からのレベル域ＳＺ内に達しなかった騒音中の低レベルの周波数成分ｆn も、ソースマイクＳＭより入力する騒音信号中では、このレベル域ＳＺ中に入るまでに該周波数成分ｆL とのレベル差が小さくなり、スピーカー音にて充分に消音可能となっている。こうして、ソースマイクＳＭより上流側の整音器３にて騒音をレベル域ＳＺ内に入るように整音することで、ソースマイクＳＭのモニターする信号も、（ｃ）の様態となり、スピーカー音と合流する音波干渉部２を通過させることで、エラーマイクＥＭのモニター信号も（ｄ）の如くになり、低レベルの周波数成分ｆn にも消音効果が見られるのである。
【００２０】
しかし、騒音中においては、さほど低レベルでないのに、スピーカー音制御のモニターたるソースマイクＳＭの位置によっては、ある周波数成分を充分に検出できない場合がある。図２の（ａ）の如く、ソースマイクＳＭの検出する信号の中で、スピーカー音を発生させるだけの最低レベル（レベル域ＳＺの最低レベル）より低レベルの低周波数成分ｆm やｆn があった場合に、スピーカーＳではその周波数成分ｆm 及びｆn の音を発生できず、消音後の音に、（ｂ）の如く、該周波数成分ｆm ・ｆn の音が消音しきれないまま残り、これがかなり耳障りになる。そこで、スピーカーＳより該周波数成分ｆm ・ｆn の音を発生できる程度にイコライザーを用いて、ソースマイクＳＭにおける該周波数成分ｆm ・ｆn を増幅させる。
【００２１】
イコライザーは、ソースマイクＳＭの検出信号中の全周波数成分を一定の基準レベル以上に引き上げるもので、これを使用することで、その基準レベルに達していない低レベルの周波数成分のみを、該基準レベルに近づけるように増幅させることができるのである。即ち、図２の場合、イコライザーを機能させることで（ａ）中に見られる基準レベル以下の周波数成分ｆm ・ｆn のみが増幅し、基準レベル以上のレベルを有する周波数成分はそのままに保持されて、ソースマイクＳＭの検出信号は、（ｃ）に見られるような様態となる。
【００２２】
このイコライザーによる増幅の判断には、エラーマイクＥＭの検出結果を用いる。即ち、図２（ｂ）のように、エラーマイクＥＭの検出信号において、消音効果が上がっていない周波数成分ｆm ・ｆn が認めれた時、イコライザーを機能させて、ソースマイクＳＭの検出信号の中の周波数成分ｆm ・ｆn を増幅させる。この増幅は段階的に行い、エラーマイクＥＭの検出信号により消音効果を確認しつつ徐々に増幅させるのである。こうして、（ｄ）の如く、エラーマイクＥＭの検出信号において、周波数成分ｆm ・ｆn にも消音効果が見られるようになる。
【００２３】
なお、イコライザーによる増幅に際しては、その増幅量の調節が問題であり、過剰に増幅しては、却って増音し、音の発散に繋がる。そこで、増幅量設定の目安として、図３の（ｂ）の如く、エラーマイクＥＭの検出結果にて消音効果が認められない周波数成分ｆm ・ｆn について、（ａ）図示のソースマイクＳＭの検出信号により、最大レベルの周波数成分ｆL との較差を計測し、これが、設定した基準差（例えば、３０ｄＢ）を超えている場合には、（ｃ）の如く、イコライザーにて、低レベルの周波数成分ｆm ・ｆn を増幅させるのである。
これは、結果的に増幅量に制限を加えることとなる。即ち、低レベルの周波数成分ｆm ・ｆn を増幅させる過程において、途中で最大レベルの周波数成分ｆL との較差が基準値になれば、その時点で増幅を停止するのである。この増幅も段階的に行い、エラーマイクＥＭの検出結果（ｂ）を見てなお消音しきれない周波数成分が残る場合に、更に（ｃ）の如くイコライザーによる増幅を行って、最終的な消音効果を得る（ｄ）図示の段階まで増幅させるのである。
【００２４】
図４図示のアクティブ消音装置は、図２及び図３図示の機能を組合せ、エラーマイクＥＭの検出信号の確認と最高レベルの周波数成分との較差の計測を行いながら、イコライザーによる増幅を段階的に行って消音効果を得る構造となっているものである。即ち、エラーマイクＥＭにて消音効果の認められない低レベルの周波数成分を検出し、それが、ソースマイクＳＭの検出信号により、最高レベルの周波数成分と一定以上の較差のある場合に、イコライザーによる増幅を行い、少し増幅しては、エラーマイクＥＭの検出結果を確認し、なお消音効果が得られないことが確認された場合に、更に増幅を行うという作業を繰り返すことで、過剰な増幅を回避し、最適な消音状態に近づけていくのである。
【００２５】
以上は、整音器３を備え、或いは、従来消音しきれなかった騒音中の低レベルの周波数成分を消音するのに有効なイコライザー機能を備えることにより、消音効果を高める構成について説明した。次に、図５及び図６において、スピーカーの設置状態を良好にして、その有効振幅を最大に引出し、これによって消音用の音のレベル向上を図り、よって高レベルの騒音を有効に消音できるようにする構成について説明する。スピーカーＳは、図５の如く、保護のため箱体であるスピーカーボックス５内に内蔵されて、その前面のコーン部分を枝管４（本管１の音波干渉部２に合流する。）に臨ませている。この状態であると、枝管４内の静圧がスピーカーボックス５内の静圧に比して高いので、スピーカーＳのコーン部分はスピーカーボックス５側、即ち後方に押し込まれた状態となっており、スピーカーＳの振幅は、本来の最大振幅から静圧による変位量を引いた値となり、スピーカーＳ本来の最大音圧までの使用が不可能となっている。そのため、最大音圧を発生させた場合に、スピーカー音中の歪成分が増加する。
【００２６】
これを是正するには、スピーカーボックス５内の内圧を高め、枝管４内の静圧と同圧にするのが有効である。そこで図５の如く、スピーカーＳを介して、枝管４の内部と、スピーカーボックス５の内部との間を連通する連通管６を配設し、該連通管６内には、水や油等の液体を内蔵しておく。液体は、連通管６内において、枝管４内側からの空気とスピーカーボックス５内側からの空気とで両側から押されるが、枝管４内側からの空気圧の方が高いので、液体はスピーカーボックス５側に押される。従って、連通管６内における液体よりスピーカーボックス５側の空気が圧縮され、この空気はスピーカーボックス５内に進入し、スピーカーボックス５の内圧を高めることとなる。こうして、スピーカーＳの前側と後側が等圧となり、コーン部分は初期の形状、即ち、押し込まれない形状に戻されて、電圧に見合う有効な振幅が得られるようになる。
【００２７】
また、図６の実施例では、スピーカーＳの高温化を防ぐため、スピーカーボックス５が、冷却ボックス７内に内蔵されており、該冷却ボックス７内には、スピーカーボックス５の外側に冷却風を当てるため、ファン８が内設されている。このファン８からの冷却風の、スピーカーボックス５の外側と冷却ボックス７の内側との間は、冷却ダクト７ａとなっており、ここを通過する冷却風は、スピーカーＳの前面にて、枝管４に流入するように構成されている。このような構成において、スピーカーボックス５に、冷却ダクト７ａの一部と連通する静圧補正用穴５ａを穿設する。該冷却ダクト７ａでは、高圧の冷却風が流動しているので、この冷却風の一部が該静圧補正用穴５ａ内に入り込み、スピーカーボックス５内の内圧を高める。また、冷却ダクト７ａは、枝管４に連通しているので、冷却ダクト７ａ内の空気が導入されることで、スピーカーボックス５内が過度に高圧化することはない。こうして、スピーカーボックス５内の静圧が、枝管４内の静圧と均等になり、スピーカーＳの形状は、初期の形状に戻り、設定した振幅を得られるのである。
【００２８】
次に、騒音源の状態変化に対応して消音効果を上げることのできるアクティブ消音装置の構成について、図７及び図８より説明する。（適用するアクティブ消音装置の構成としては、図１乃至図４図示の構成と同様である。）このアクティブ消音装置においては、騒音源は、船舶等の内燃機関となっており、従って、本管１は、排気管と一体である。この場合、騒音源の内燃機関は、回転数の変動する（即ち、排気音の音量が変化する）機関の起動や終息時、或いは変速時等の過渡状態と、一定回転数で一定トルクにて運転される（即ち、排気音が一定音量で安定している）定常運転状態とに大きく分別される。
【００２９】
一方、コントローラーにおいては、最も消音効果を上げるスピーカーへの出力レベルを得るため、出力レベルを一定値毎に刻みながら増減させて、エラーマイクＥＭの検出信号レベルを最低値に近づけるように、出力レベルを制御する。このコントローラーにおける出力レベルの刻み値を、収束係数μと呼ぶ。
【００３０】
この中で、過渡状態の時には、消音効果を細かくチェックして、制御安定化を保持するために、収束係数μを小さく取る。もしこれを大きく取れば、最適値の出力レベルからの誤差が大きくなって、エラーマイクＥＭの検出レベルが、設定する最小値βよりも高くなる。（これを発散状態という。）しかし、このように収束係数μを小さく取った状態のまま、定常運転に入ると、消音を開始してから最終的な消音効果を得るまでの間に時間がかかってしまう。そこで、この場合には収束係数μを大きくすることが望ましい。図７は、過渡状態と定常状態とでの収束係数μの大きさと消音量との関係の比較を示すものである。過渡状態では、収束係数μを小さくするほど消音量が大きい、即ち消音効果が高くなることが判るが、定常状態では、収束係数μを大きくするほど消音量は大きくなり、消音効果を高めるのであり、定常状態では収束係数μ0 で、過渡状態では収束係数μ1 （μ1 ＜μ0 ）で、それぞれ最大の消音量を得るものである。
【００３１】
そこで、コントローラーにおいて、定常状態の時の収束係数μ0 と過渡状態の時の収束係数μ1 とを設定しておき、騒音源が過渡状態か定常状態か判定して、収束係数μ0 ・μ1 のいずれかを選択し、コントローラーの出力制御を行うのである。この過渡状態か定常状態かの判断として、ソースマイクＳＭの検出する騒音の検出レベルの変化量を検出するものである。即ち、図８のような消音制御手順で、該ソースマイクＳＭの検出レベル（ＳＭＬ）の変化量が、基準値ｄよりも小さければ定常状態と判定して、収束係数μ0 を選択し、該変化量が基準値ｄよりも大きければ、過渡状態であるとして、収束係数μ1 を選択して、スピーカーＳの音量制御を行うのである。
【００３２】
次に、コントローラーの演算誤差等による制御不安定状態の発見手段について図９乃至図１１より説明する。アクティブ消音装置は、スピーカー音が制御不安定となった場合に、消音効果が低減し、却って増音が発生するようになる。やがては異音の伴う音の発散状態に繋がる。要因として、コントローラーの演算誤差の増加や、外乱の影響等が考えられるが、いずれにしても、この増音発生を早い段階で発見することが、消音効果を著しく減衰する最悪の状態に陥る前に最適な状態へと復帰させる方策である。
【００３３】
図９と、図１０及び図１１図示の両構成とも、ソースマイクＳＭの検出信号とエラーマイクＥＭの検出信号とを比較するものであるが、図９図示の場合は、コントローラーのソースマイクＳＭとエラーマイクＥＭの音声入力部にそれぞれバンドパスフィルターＢＦを設けて、各マイクＳＭ・ＥＭのモニターする音声の中から、特定の周波数成分の音のみを通過させる。即ち、特に制御不安定の場合に歪みを生じやすい周波数成分のみを抽出して、その増音を判別するのである。バンドパスフィルターを通過した音は、コントローラー内において、検波器にて電気信号化され、更に、消音後の音声信号であるエラーマイクＥＭからの信号においては、アンプを通して、消音量分だけ増幅する。こうして、ソースマイクＳＭとエラーマイクＥＭのそれぞれからの検出信号レベルをａ・ｂとし、両レベルを比較する。消音効果がある場合にはａ＝ｂ（或いはａ＞ｂ）となっているはずであり、消音効果がなければ、消音されないままのエラーマイクＥＭからの音声がアンプで増幅されるのだから、ａ＜ｂとなるはずである。こうして、消音効果がないことが認められれば、増音ありとして、装置の停止信号を発するのである。
【００３４】
なお、増音状態となりやすいのは、波長が短く制御が難しい高周波数側の成分である。このことを想定すれば、図９図示の（両マイクＳＭ・ＥＭについての）バンドパスフィルターは、高周波数成分のみ通過させる設定のものを使用すればよい。即ちソースマイクＳＭとエラーマイクＥＭの検出信号の中から、高周波数成分のみを抽出して比較し、エラーマイクＥＭにおいて、この部位に増音が認められれば、停止信号等の警報を発するようにし、作業者は、この警報を認知して増音状態から復帰させる。
【００３５】
図１０及び図１１図示の構成は、同じくソースマイクＳＭとエラーマイクＥＭの両モニターの比較により、増音を検出するものとなっているが、検出精度をより高めるべく、本管１内を通過する音波の伝播状態を考慮し、ソースマイクＳＭの検出信号レベルを補正する構成となっている。まず、図１０の如く、ソースマイクＳＭの検出信号は、ソースマイクＳＭの配設位置における音声状態を表すものであるが、音波干渉部２に到るまでの距離Ｈ0 の間に、音量は減衰する。コントローラーにおけるスピーカー音の制御は、この減衰量を見越して行わなければならない。そして、消音効果を見るべく、エラーマイクＥＭからの検出信号を入力するにおいては、音波干渉部２からエラーマイクＥＭまでの距離Ｈ1 の間における音声の減衰量を考慮しなければならない。即ち、ソースマイクＳＭによる検出信号は、ソースマイクＳＭから音波干渉部２までの距離Ｈ0 、更に、音波干渉部２からエラーマイクＥＭまでの距離Ｈ1 を伝播する間の音の減衰を考慮した上でエラーマイクＥＭの検出信号と比較しなければ、正しい消音効果を確認できないのである。
【００３６】
この音声の減衰については、一定の関数式が当てはめられる。これを伝達関数というが、この伝達関数は、騒音源の状態、即ち、内燃機関の排気を騒音源とする場合には、機関の運転状態によって変化する。そこで、機関が運転されていない状態で、ソースマイクＳＭからエラーマイクＥＭに到るまでの伝達関数を求めておき、運転状態の変化により、これを補正する。このような図１１より、本実施例における増音検出の手順を説明すると、まず、ソースマイクＳＭより信号を検出し、同時に、機関の運転状態を確認して、伝達関数を設定し、これにソースマイクＳＭの検出信号レベルを代入する。こうして、エラーマイクＥＭに達する時点での消音された騒音の音声信号レベルを得るためのコントローラー出力信号Ｃ０が推定される。これに対して、実際のコントローラー出力信号Ｃ１を検出する。この信号レベルＣ１が、推定レベルＣ０より大きければ（Ｃ０＜Ｃ１）、充分に消音されていない、即ち増音状態となっているということであり、警告信号を発して警報するのである。なお、コントローラー出力でなく、スピーカーＳへの入力信号を用いて、同様の比較を行うようにすれば、スピーカーＳを駆動するアンプの増幅率が変化しても、増音状態を検知可能である。
【００３７】
また、同じ伝達関数を用いて、ソースマイクＳＭの検出信号から、消音しない（スピーカー音を発しない）時のエラーマイクＥＭの信号レベルを推定し、実際のエラーマイクＥＭの検出信号レベルと比較して、該信号レベルの実際値が推定値に比して大きければ、消音しない場合の実際の排気音よりも増音されていることが容易に検出でき、警告可能である。
【００３８】
これらの判定法により、増音が判定されれば、直ちに制御状態、スピーカー等のチェックを行い、安定消音への復帰作業を施すことにより、最悪の制御不能に陥るのを未然に防ぐことができる。増音の要因がコントローラー内の演算誤差の増加によるものであれば、コントローラー内の係数をクリアすることにより、消音状態に復帰可能であり、故障の場合、スピーカーの劣化等による高周波歪みの増加が原因なので、スピーカーを交換しなければ、復帰不可能である。増音の最悪の要因はスピーカーの故障であり、以上の増音判定法は、以後のスピーカーの故障のチェック法の一つとしてそのまま使用してもよい。
【００３９】
次に、図１２乃至図２６より、スピーカーの故障を検知するための手段について説明する。即ち、図９乃至図１１図示の増音検出から一歩踏み込んで、スピーカーの故障そのものを検出する手段である。これらは、大別すると、スピーカーそのものの状態変化を検出するタイプと、消音制御状態を検出してスピーカーの故障と判定するタイプとに分けられる。
【００４０】
まず、スピーカーそのものの状態変化を検出するタイプとして、図１２乃至図１４について説明する。図１２の如く、スピーカーＳの後部を覆うスピーカーボックス５内に湿度センサを設ける。スピーカーＳの前面のコーン部分は、枝管４に直接臨ませているが、騒音源を内燃機関の排気とする場合、該枝管４内には、排気中の水分が多く含まれる。一方、スピーカーボックス５内は、密閉状態であるため、設置時に湿度の低い状態にしておけば、正常ならば湿度は低いはずである。しかし、枝管４内と、スピーカーボックス５内とを隔絶するスピーカーＳのコーンに孔や裂け目が生じた場合には、これを通じて、枝管４内の湿った空気がスピーカーボックス５内に入り込み、図１３の如く湿度センサの検出する湿度が高くなる。そこで、図１４の如く、スピーカーボックス５内の湿度基準値Ｈ０を設定し、湿度センサの湿度検出値Ｈ１が該湿度基準値Ｈ０よりも大きくなった場合、スピーカーＳの破損と判定し、警告を発するのである。
【００４１】
なお、湿度の検出に基づく他の実施例として、図１５乃至図１７図示のものを説明する。図１５のように、スピーカーＳを隔てて、その前側の枝管４内と後側のスピーカーボックス５内にそれぞれ湿度センサを配設する。スピーカーＳの前側つまり枝管４内における検出湿度をＨ０、スピーカーボックス５内の検出湿度をＨ１とし、両検出湿度の関係からスピーカーボックス５内の湿度上昇を検出し、スピーカーの故障を判定する。即ち、図１６及び図１７のように、スピーカーボックス５内の湿度Ｈ１と枝管４内の湿度の差の基準値をα（＞０）とし、Ｈ１＞Ｈ０−α、即ちＨ１＋α＞Ｈ０となった時、スピーカーボックス５内の湿度が高すぎるとし、スピーカーＳの故障と判定して、警告を発するのである。
【００４２】
次に、消音の制御状態の検出により、間接的にスピーカーの故障を判定する手段について、図１８乃至図２２より説明する。まず、図１８及び図１９図示の手段は、エラーマイクＥＭからの入力信号に基づき判定するものである。これは前記の図９図示の判定法と考え方は同じである。即ち、増音の判定法として使用した図９の手段を、略同様にスピーカーの故障の判定法として適用しているのである。まず、図１８（ａ）〜（ｂ）の如く、エラーマイクＥＭにおいて検出される各周波数成分の中から、消音対象の周波数よりも高周波数の成分を（バンドパスフィルター等で）抽出する。この高周波数成分については、コントローラーにおいて、図１８（ｃ）の如く、正常にスピーカーが機能している場合、その出力レベル（スピーカーへの付加電圧）に応じて、消音後の音に関し、消音効果があったものと認められるレベル域が設定されている。なお、騒音源の状態（内燃機関の排気を騒音源とする場合には、その運転条件）に応じて、レベル域も段階的に設定されている。このレベル域の最大値をしきい値（基準値Ｈ０）としている。
【００４３】
こうして、コントローラーにおいて、該レベル域に入るよう、スピーカーの出力レベルを制御しているにも関わらず、図１９の如く、エラーマイクＥＭにて検出される実際の消音後の音の中の抽出対象となる高周波数成分の音圧レベルＨ１が、このしきい値（基準値Ｈ０）よりも高い時には、該高周波数成分において、消音効果が上がっていないか、或いは増音していることとなり、これを、スピーカーの故障（劣化）が要因であると判定して警報を発するのである。
【００４４】
図２０及び図２１は、コントローラーにおけるスピーカー出力のための出力レベルの検出に基づいて、スピーカーの故障を判定するものである。コントローラーには、スピーカーが正常に機能している場合に、騒音源の状態によって、最も消音効果の上がる出力レベル域が設定されている。騒音源が内燃機関の排気ならば、該内燃機関の様々な運転状況に対応して、出力レベル域（図２０図示の基準値以下のレベル域）を設定しているのである。この場合において、もしもスピーカーに故障が生じている場合には、ある運転条件下において、同一の消音効果を上げるのに、設定した基準値（設定出力レベル域の最高制限値）よりも高い出力レベルにしなければなない。スピーカーが劣化等の故障を生じた場合には、同一の音量を発生させるのに、正常時よりも大きな電圧を付加しなければならないからである。なお、コントローラーにおいては、エラーマイクＥＭの検出信号に基づいて、消音効果を上げるように、出力レベルの調節は自動的になされるので、出力レベルの代償はあれ、一定の消音効果を上げる。
【００４５】
このような構成により、図２１の如く、正常とされる出力レベル域の最大値である基準値Ｃ０が設定され、コントローラーにおける出力レベルを監視し、ある消音効果を上げるのにどれだけの出力レベルＣ１を要したかを検出して、その出力レベルＣ１が、基準値Ｃ０よりも高い時、スピーカーに故障ありと判定し、警報を発するのである。なお、基準値Ｃ０の設定においては、前記の如く、機関の運転条件（例えば回転数、排気温度、負荷等）毎に様々な基準値が設定されており、その時の機関の運転条件に基づいて、その中から一つの基準値Ｃ０を選択するものである。これについては、後記の図２３図示のスピーカーの故障判定方法に基づく図２６のフローチャートにおける基準値Ｃの選択方法と同様である。
【００４６】
図１８及び図１９図示の判定手段と、図２０及び図２１図示の判定手段を比較すれば、前者は、消音効果が上がらない部位を検出することにより故障を判定するが、後者は、消音効果は上げるものの、正常な消音効果を上げるのにどれだけの出力を要したかを検出することにより故障を判定するものとなっている。
【００４７】
図２２は、前記の図１８及び図１９図示のエラーマイクＥＭのモニター信号から高周波成分を抽出する方法と、図２０及び図２１図示のコントローラーの出力レベルの検出による方法とを組み合わせた場合のスピーカーの故障判定方法を示す。即ち、エラーマイクＥＭの検出信号より抽出する高周波数成分の基準値Ｈ０（しきい値）と、出力レベルの基準値Ｃ０とを設定しておき（運転条件に基づいて設定する。）、まず、エラーマイクＥＭの検出信号から増音判定の対象となる高周波数成分を抽出して出力レベルＨ１を検出し、出力レベルＨ１が基準値Ｈ０を上回った場合には、更にコントローラーの出力Ｃ１を検出して、基準値Ｃ０に達している場合には、警報を発する。このように、二つの判定手段を組み合わせることで、スピーカーの故障判定の正確度が向上する。
【００４８】
次に、図２３乃至図２６は、スピーカーＳのコーン紙の変位の状態を検出し、この検出と、コントローラーにおけるスピーカーＳに対する出力レベルの検出とに基づいてスピーカーの故障を判定するものであって、いわば、スピーカーの状態そのものの検出と、制御状態の検出とをミックスして判定するものとなっている。なお、前記の図１２や図１５図示の湿度センサによる検出方法では、コーン紙に孔が開く等、スピーカーＳの前後が連通する状態にならないと検出できず、従って、コーン紙が単に劣化（硬質化或いは軟質化）するだけで、スピーカーＳの前後が隔絶されたままの場合には、故障と判定されないが、本実施例の図２３乃至図２６では、コーン紙の状態そのものを検出するので、このような場合にも故障と判定できる。
【００４９】
まず、図２３の如く、スピーカーＳのコーン紙の位置変化（変位）を計測する変位計測手段をスピーカーＳの後部（コーン紙の後部）、即ちスピーカーボックス５内に配設する。コーン紙の変位量は、振動時のコーン紙の振幅であり、即ちスピーカー音の音量に相当する。この検出信号をコントローラーに入力するのだが、該コントローラーには、図２４の如く、スピーカーＳが正常に機能している場合におけるコーン紙の変位量に対応する出力レベル（スピーカーＳに付加する電圧）が基準値として記憶されている。
【００５０】
こうして、コントローラーにおいて、図２５の如く、変位計測手段より入力されたコーン紙の変位量に関する信号を基に、同一運転条件の下に設定した出力レベルの基準値Ｄ0 をピックアップし、これを実際の出力レベルＤ1 と比較する。もしスピーカーＳのコーン紙が劣化していれば、正常な状態に比べて、コーン紙を同一量（振幅）に変位させる（振動させる）のに大きな出力レベルを要する。（逆に言えば、同じレベルの電圧を付加しても、コーン紙が劣化していると、その変位量は小さくなるのである。）従って、Ｄ1 ＞Ｄ0 が認知された時、スピーカーＳのコーン紙が劣化していると判定し、警報を発するのである。
【００５１】
また、図２６の如く、この場合の出力レベルの基準値も、騒音源の状態、即ち内燃機関の排気を騒音源とする場合は、その運転条件（例えば回転数、排気温度、負荷等）によって段階的に設定している（Ｃ1 〜Ｃn ）。この中から、その時の変位計測手段による変位検出と、運転条件に基づき、基準値Ｃが決定され、実際の出力レベルＤと比較して、実際の出力レベルＤの方が高ければ、警報を発するようにしている。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、アクティブ消音装置において、次のような効果を奏する。
まず、請求項１の如く構成することにより、イコライザーにて従来消音不可能だった騒音中の低レベルの周波数成分を増幅することにより、スピーカーからこれを相殺する音を発生させることができるようになり、消音可能となる。
即ち、消音検出部にて消音効果の認められない低レベルの周波数成分を検出し、それが、騒音検出部の検出信号により、最高レベルの周波数成分と一定以上の較差のある場合に、イコライザーによる増幅を行い、少し増幅しては、消音検出部の検出結果を確認し、なお消音効果が得られないことが確認された場合に、更に増幅を行うという作業を繰り返すことで、過剰な増幅を回避し、最適な消音状態に近づけていくのである。
【００５３】
次に、請求項２の如く構成することにより、騒音源が、騒音レベルの増減する過渡状態と、一定レベルの騒音を発生する定常状態とを呈する場合に、各状態に応じた最適の消音効果を得ることができる。
【００５４】
次に、請求項３及び請求項４の如く構成することにより、スピーカーの故障やコントローラーの演算誤差の増加等が要因である、制御不安定にて発生する増音をいち早く検出することができ、制御不能に陥る最悪の状態となる前にアクティブ消音装置を停止して、各部点検と正常な消音状態への復帰作業にかかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  整音器３を有するアクティブ消音装置の概略図とレベル補正の様子を示す図である。
【図２】  ソースマイクＳＭにイコライザーを設けたアクティブ消音装置の概略図とイコライザーによるレベル補正の様子を示す図である。
【図３】  同じくアクティブ消音装置の概略図とソースマイクＳＭの検出信号内の最高周波数成分と消音不可能な周波数成分との差を考慮してのイコライザーによるレベル補正の様子を示す図である。
【図４】  同じくアクティブ消音装置と概略図と同じく段階的なイコライザーによるレベル補正の様子を示す図である。
【図５】  前後を連通管５にて連通させてスピーカーＳの変位補正を図った様子を示す図である。
【図６】  スピーカーボックス５と冷却ボックス７とを連通させてスピーカーＳの補正を図った様子を示す図である。
【図７】  機関の過渡時と定常時とにおける収束係数に対する消音量の関係のグラフを示す図である。
【図８】  過渡時と定常時との判定による収束係数の選択に基づくアクティブ消音装置のスピーカー音制御フローチャート図である。
【図９】  ソースマイクＳＭとエラーマイクＥＭとの検出信号より特定周波数成分を抽出して比較することによる増音検出法を示す図である。
【図１０】  ソースマイクＳＭ検出信号レベルの減衰状態を距離と運転状態から推定し、エラーマイクＥＭの検出信号レベルと比較することによる増音検出法を示す図である。
【図１１】  図１０の方法による増音検出フローチャート図である。
【図１２】  スピーカーの後部に湿度センサを設けることによるスピーカーの故障検出方法を示す図である。
【図１３】  図１２の方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図である。
【図１４】  図１２及び図１３の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図である。
【図１５】  スピーカーの前後に湿度センサを設けることによるスピーカーの故障検出方法を示す図である。
【図１６】  図１５の方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図である。
【図１７】  図１５及び図１６の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図である。
【図１８】  エラーマイクＥＭの検出信号より高周波数成分を抽出して基準値と比較することによるスピーカーの故障検出方法を示す図である。
【図１９】  図１８の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図である。
【図２０】  コントローラー出力とその基準値との比較によるスピーカー故障検出方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図である。
【図２１】  図２０図示の検出基準に基づくコントローラー出力の検出によるスピーカー故障検出フローチャート図である。
【図２２】  図１８及び図１９の方法と図２０及び図２１の方法とを組み合わせたスピーカー故障検出フローチャート図である。
【図２３】  スピーカーの変位計測手段を設けることによるスピーカーの故障検出方法を示す図である。
【図２４】  図２３の方法におけるスピーカー故障の検出基準を示すグラフ図である。
【図２５】  図２３及び図２４の方法によるスピーカー故障検出フローチャート図である。
【図２６】  同じく設定基準値を運転条件から決定する過程を含むスピーカー故障検出フローチャート図である。
【符号の説明】
Ｓ      スピーカー
ＳＭ    ソースマイク
ＥＭ    エラーマイク
１      本管
２      音波干渉部
３      整音器
４      枝管
５      スピーカーボックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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