(57)【要約】      （修正有）【課題】フィルタ特性が音速の影響を受けない特性を含んで規定されていても、気温の変化による音速変化に対応して制御点における騒音低減効果を常に維持する騒音低減装置を提供する。【解決手段】制御点Ｃにおいて騒音を低減する制御音を発生させる制御スピーカ２の信号を騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路１１ｂと、係数シフトフィルタ回路１１ｂに初期フィルタ係数を設定したときに制御点Ｃで騒音低減効果が最大となる初期気温Ｔ０を記憶する初期気温記憶回路１２と、初期気温Ｔ０と現在気温ＴＰに基づき、騒音音波が騒音源Ｓからセンサマイクロホン１に到達するまでの時間と騒音源Ｓから制御スピーカ２に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた係数シフトフィルタ回路１１ｂのシフト数ｓを算出し、フィルタ係数をシフトするシフト数算出回路１４とを備える。【選択図】図１
2008122686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インパルス応答の進み時間又は遅れ時間を調整するためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有し、初期気温及び現在気温に基づき算出されるシフト数だけ初期フィルタ係数をシフトさせたフィルタ係数を用いて、騒音を制御点において低減する制御音波を発生させるための制御音信号を、検出された騒音音波から変換された騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路と、
前記係数シフトフィルタ回路に前記初期フィルタ係数を設定したときに前記制御点において前記騒音音波と前記制御音波とが逆位相となる気温である前記初期気温を記憶する初期気温記憶回路と、
前記初期気温及び現在気温に基づき、前記騒音音波が騒音源から騒音音波検出位置に到達するまでの時間と前記騒音音波が前記騒音源から制御音波発生位置に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた前記シフト数を算出するシフト数算出回路と、
を備えていることを特徴とする騒音低減装置の制御装置。
【請求項２】
前記係数シフトフィルタ回路は、インパルス応答がフィルタ係数となるＦＩＲ（Finite Impulse Response）型ディジタルフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置の制御装置。
【請求項３】
初期気温及び現在気温に基づき算出される補正時間を初期遅延時間に加減した遅延時間だけ、検出された騒音音波から変換された騒音信号を遅延させる遅延回路と、
騒音を制御点において低減する制御音波を発生させるための制御音信号を、前記遅延回路を介して入力された前記騒音信号に応じて生成するフィルタ回路であって、前記初期気温において前記遅延回路に前記初期遅延時間を設定したときに前記制御点において前記騒音音波と前記制御音波とが逆位相となるフィルタ係数が設定されたフィルタ回路と、
前記遅延回路に前記初期遅延時間を設定したときに前記制御点において前記騒音音波と前記制御音波とが逆位相となる気温である前記初期気温を記憶する初期気温記憶回路と、
前記初期気温及び現在気温に基づき、前記騒音音波が騒音源から騒音音波検出位置に到達するまでの時間と前記騒音音波が前記騒音源から制御音波発生位置に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた前記補正時間を算出する補正時間算出回路と、
を備えていることを特徴とする騒音低減装置の制御装置。
【請求項４】
騒音源から発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホンと、
騒音伝達経路の現在気温を検出する気温検出装置と、
騒音を制御点において低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカと、
インパルス応答の進み時間又は遅れ時間を調整するためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有し、初期気温及び現在気温に基づき算出されるシフト数だけ初期フィルタ係数をシフトさせたフィルタ係数を用いて、前記制御音信号を前記騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路、前記係数シフトフィルタ回路に前記初期フィルタ係数を設定したときに前記制御点において前記騒音音波と前記制御音波とが逆位相となる気温である前記初期気温を記憶する初期気温記憶回路、並びに、前記初期気温及び現在気温に基づき、前記騒音音波が前記騒音源から前記センサマイクロホンに到達するまでの時間と前記騒音音波が前記騒音源から前記制御スピーカに到達するまでの時間との時間差の変化に応じた前記シフト数を算出するシフト数算出回路を含む制御装置と、
を備えていることを特徴とする騒音低減装置。
【請求項５】
前記係数シフトフィルタ回路は、インパルス応答がフィルタ係数となるＦＩＲ型ディジタルフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の騒音低減装置。
【請求項６】
騒音源から発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホンと、
騒音伝達経路の現在気温を検出する気温検出装置と、
騒音を制御点において低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカと、
初期気温及び現在気温に基づき算出される補正時間を初期遅延時間に加減した遅延時間だけ、前記センサマイクロホンからの前記騒音信号を遅延させる遅延回路、前記遅延回路を介して入力された前記騒音信号に応じて前記制御音信号を生成するフィルタ回路であって、前記初期気温において前記遅延回路に前記初期遅延時間を設定したときに前記制御点において前記騒音音波と前記制御音波とが逆位相となるフィルタ係数が設定されたフィルタ回路、前記遅延回路に前記初期遅延時間を設定したときに前記制御点において前記騒音音波と前記制御音波とが逆位相となる気温である前記初期気温を記憶する初期気温記憶回路、並びに、前記初期気温及び現在気温に基づき、前記騒音音波が前記騒音源から前記センサマイクロホンに到達するまでの時間と前記騒音音波が前記騒音源から前記制御スピーカに到達するまでの時間との時間差の変化に応じた前記補正時間を算出する補正時間算出回路を含む制御装置と、
を備えていることを特徴とする騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動制御により騒音を低減する能動制御型の騒音低減装置及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最初に、従来の一般的な騒音低減装置について説明する。
【０００３】
図３は、騒音低減制御に関する専門書等に示されている従来の一般的な騒音低減装置の構成を示す図を、より理解が容易となるように模式的に書き改めたブロック図である（例えば、非特許文献１、第９頁参照）。
【０００４】
図３に示す点Ｓは騒音源、点Ｃは制御点であり、騒音低減装置は、騒音源Ｓから発生する騒音を制御点Ｃにおいて低減させるためのものである。
【０００５】
従来の一般的な騒音低減装置は、騒音源Ｓから発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホン（ＭＩＣ）１と、騒音を制御点Ｃにおいて低減するための制御音信号を、騒音信号に応じて生成するフィルタ回路１１を含む制御装置１０と、制御点Ｃにおける騒音を低減させるべく、生成された制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカ２とを備えている。
【０００６】
制御装置１０は、センサマイクロホン１及び制御スピーカ２と接続されている。
【０００７】
制御装置１０に含まれるフィルタ回路１１は、検出された騒音音波が電気信号に変換された騒音信号をフィルタリング処理して制御音信号を生成する。
【０００８】
制御装置１０には、フィルタ回路１１の他、騒音信号の振幅と制御音信号の振幅との調整、及び、インピーダンスの変換等を行う増幅回路（図示せず）が含まれている。
【０００９】
従来の一般的な騒音低減装置の動作について、以下に説明する。
【００１０】
センサマイクロホン１によって検出及び変換された騒音源Ｓからの騒音信号は、フィルタ回路１１により、次のようにフィルタリング処理される。
【００１１】
フィルタ回路１１のインパルス応答をｗ（ｔ）として、例えば、次の式（１）のように設定する。
【数１】
2008122686.tif 000003
【００１２】
フィルタ回路１１のインパルス応答を上記のように設定すると、騒音源Ｓからセンサマイクロホン１、制御装置１０及び制御スピーカ２を経た制御点Ｃまでのインパルス応答は、次式により表される。
【数２】
2008122686.tif 000004
【００１３】
上式は、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの音響伝達経路のインパルス応答ｈｓ（ｔ）の反転である。
【００１４】
即ち、騒音源Ｓからの騒音信号を式（１）のように設定されたフィルタ回路１１によりフィルタリング処理して制御音信号を生成し、この制御音信号を増幅して制御スピーカ２から制御音波として放射すれば、騒音音波とは反転した逆位相の制御音波が制御点Ｃへ到達する。
【００１５】
従って、制御点Ｃでは、相互に逆位相の騒音音波と制御音波とが互いに打ち消し合い、騒音が低減される。
【００１６】
尚、フィルタ回路１１には、インパルス応答をそのままフィルタ係数に設定できる周知のＦＩＲ（Finite Impulse Response）型ディジタルフィルタを用いる場合が多いが、その他のディジタルフィルタやアナログフィルタを用いる場合もある。以上が、従来の一般的な騒音低減装置の構成とその動作である。
【００１７】
次に、従来の温度補償機能を備えた騒音低減装置の制御装置について説明する。
【００１８】
図４は、温度変化に基づくフィルタの補正回路を含む制御装置を備えた従来の騒音低減装置の構成を模式的に示すブロック図である（例えば、非特許文献２参照）。尚、図中の符号は、図３に示す従来の一般的な騒音低減装置と同一部分については同一符号により示しており、それらの詳細な説明は、適宜省略する。
【００１９】
図４に示す従来の温度補償機能を備えた騒音低減装置は、騒音源Ｓから発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホン（ＭＩＣ）１と、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの間の任意の位置における現在気温を検出する気温検出装置３と、騒音を制御点Ｃにおいて低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカ２と、初期気温及び現在気温に基づき、初期気温における音速に対する現在気温における音速の音速比を算出する音速比算出回路１３、騒音を制御点Ｃにおいて低減するための制御音信号を、算出された音速比に応じて時間軸を調整しながら騒音信号に応じて生成するフィルタ回路であって、気温が初期気温であるときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる初期インパルス応答が設定された時間軸可変フィルタ回路１１ａ、並びに、時間軸可変フィルタ回路１１ａに初期インパルス応答を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温である初期気温を記憶する初期気温記憶回路１２を含む制御装置１０ａと、を備えている。
【００２０】
制御装置１０ａは、センサマイクロホン１、制御スピーカ２及び気温検出装置３と接続されている。
【００２１】
時間軸可変フィルタ回路１１ａは、より具体的には、フィルタのインパルス応答の時間軸を伸縮することが可能なものであり、この時間軸可変フィルタ回路１１ａの初期インパルス応答は、気温が初期気温Ｔ0であるときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となるように、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が初期気温Ｔ0において最大となるように、次の式（２）により表されるｗ0（ｔ）に設定される。
【数３】
2008122686.tif 000005
【００２２】
初期気温記憶回路１２は、時間軸可変フィルタ回路１１ａに初期インパルス応答を設定したときに、制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となる気温である初期気温Ｔ0を記憶しておき、その初期気温Ｔ0の値は、音速比算出回路１３における計算に用いられる。
【００２３】
音速比算出回路１３は、時間軸可変フィルタ回路１１ａにおける時間軸調整量を決定するために、初期気温記憶回路１２により記憶された初期気温Ｔ0の値と、気温検出装置３により検出された現在気温の値とを用いて、初期気温Ｔ0における音速に対する現在気温における音速の音速比を算出する。
【００２４】
温度変化に基づくフィルタの補正回路を含む制御装置を備えた従来の騒音低減装置の動作について、以下に説明する。
【００２５】
初期気温記憶回路１２が記憶している初期気温をＴ0［℃］、気温検出装置３が検出する現在気温をＴP［℃］とすると、それぞれＴ0［℃］及びＴP［℃］の状態における音速ｃ0［m/sec］及びｃP［m/sec］は、それぞれ、以下の式（３）及び（４）により表される。
【数４】
2008122686.tif 000006
【００２６】
従って、音速比算出回路１３は、初期気温Ｔ0［℃］における音速ｃ0［m/sec］に対する現在気温ＴP［℃］における音速ｃP［m/sec］の音速比ｒを、次の式（５）から算出する。
【数５】
2008122686.tif 000007
【００２７】
時間軸可変フィルタ回路１１ａは、算出された音速比ｒに基づいて、時間軸を次のように調整する。
【００２８】
気温によって音速が変化すると、ｈｓ（ｔ）やｈｃ（ｔ）により表される音響伝達経路のインパルス応答の時間軸が伸縮する。即ち、気温が高くなり音速が上がると、応答伝達速度も上がってインパルス応答の時間軸が収縮し、気温が低くなり音速が下がると、応答伝達速度も下がって時間軸は伸長する。初期気温Ｔ0でのインパルス応答をｈｓ0（ｔ）、ｈｃ0（ｔ）とすると、現在気温ＴP［℃］でのインパルス応答は、音速比ｒを用いて次式により表される。
【数６】
2008122686.tif 000008
【００２９】
音響伝達経路のインパルス応答の時間軸が気温の変化に応じてこのように変化するため、騒音を低減する効果を維持するには、時間軸可変フィルタ回路１１ａの時間軸も気温の変化に追従させて変化させなければならない。
【００３０】
現在気温ＴP［℃］の状態において騒音を低減するのに必要な時間軸可変フィルタ回路１１ａのインパルス応答をｗ（ｔ）とすると、ｗ（ｔ）は、初期気温Ｔ0［℃］の状態において予め式（２）のように設定されているインパルス応答ｗ0（ｔ）の時間軸ｔを音速比ｒに基づいて伸縮する時間軸τ（τ＝ｔ×ｒ）に置き換えた次の式（６）のように表される。
【数７】
2008122686.tif 000009
【００３１】
以上のように、気温変化による音響伝達経路のインパルス応答の時間軸の伸縮に追従して、フィルタ回路のインパルス応答の時間軸を同様に伸縮させることにより、気温が変化しても、制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる関係を維持し、制御点Ｃにおける騒音を低減し続けることができる。
【００３２】
しかしながら、時間軸可変フィルタ回路１１ａをディジタルフィルタにより構成し、かつ、時間軸を高精度に調整するためには、サンプリング周期を非常に短くするか、又は、サンプリング周期を自由に変更することができるような特別な仕組みが必要となり、高コストである。
【００３３】
一方、比較的低コストの従来の実用的な構成では、フィルタ回路のフィルタ特性を、制御系の電気的特性やスピーカの出力音圧特性等のように、気温変化による音速変化の影響を受けない特性を含めて規定する場合が多い。
【００３４】
しかし、そのような構成では、音速比に基づくインパルス応答の時間軸補正が適用できないため、気温が変化すると騒音を低減できなくなる等の問題点がある。
【００３５】
この問題点について詳細に説明すると、以下の通りである。
【００３６】
前述の温度補償機能を備えた従来の騒音低減装置では、各インパルス応答ｈｓ（ｔ）、ｈａ（ｔ）、ｈｃ（ｔ）の時間軸ｔが音速変化によって時間軸τに置き換えられて時間軸が伸縮されることに対応して、時間軸可変フィルタ回路１１ａのインパルス応答ｗ（ｔ）もｗ（τ）と置き換えて時間軸を伸縮することによって、騒音を低減している。
【００３７】
しかし、制御スピーカ２から制御点Ｃまでの音響伝達経路のインパルス応答ｈｃ（ｔ）を計測する際に、制御スピーカ２の電気−音響変換特性のインパルス応答と制御スピーカ２から制御点Ｃまでの音響伝達経路のインパルス応答とを分離するのは手間が掛かるので、比較的低コストの従来の実用的な構成では、制御スピーカ２の電気−音響変換特性のインパルス応答を含めて、制御スピーカ２から制御点Ｃまでの音響伝達経路のインパルス応答ｈｃ（ｔ）とする。
【００３８】
このインパルス応答ｈｃ（ｔ）の時間軸ｔは、音速変化により伸縮する成分と音速変化の影響を受けない成分との両方を含んでいるため、音速が変化したときのインパルス応答の時間軸ｔを時間軸τに置き換えて時間軸を伸縮することによっては表記することができない。この問題は、騒音源Ｓからセンサマイクロホン１までの音響伝達経路のインパルス応答ｈａ（ｔ）におけるセンサマイクロホン１の音響−電気変換特性との関係においても同様である。
【００３９】
以上のことから、比較的低コストの従来の実用的な構成では、音速が変化したときに、フィルタ回路のインパルス応答ｗ（ｔ）をｗ（τ）に置き換えることによっては、騒音を低減することができない。
【００４０】
他方、前述の温度補償機能を備えた従来の騒音低減装置の他にも、温度が変化しても騒音低減効果が低下しないようにすることを目的として構成された騒音低減装置がこれまでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００４１】
特許文献１に記載された騒音低減装置は、マイクロホンに入力される騒音を低減させる信号を発生する適応フィルタのタップ値を、マイクロホンよりの出力と適応フィルタで発生した信号がマイクロホンに到達するまでの伝達特性を補償する伝達特性補償部よりの信号とにより適応制御してマイクロホンよりの騒音信号を低減するようにした騒音低減装置において、装置周辺の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出された温度に対して伝達特性補償部の伝達特性を変化させる伝達特性補正手段と、を備えたものである。
【００４２】
特許文献１に記載された騒音低減装置は、騒音信号を、スピーカからマイクロホンまでの音響伝達特性によりフィルタリングしてから適応アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）へ入力する、一般に「Ｆｉｌｔｅｒｄ−Ｘ  ＬＭＳ」と称されるアルゴリズムを用いた適応フィルタを備えた騒音低減装置である。
【００４３】
騒音信号をフィルタリングするフィルタ特性は、スピーカからマイクロホンまでの音響伝達特性を予め計測しておくことによって決定されている。
【００４４】
スピーカからマイクロホンまでの実際の音響伝達特性は、気温の変化による音速変化に伴って変化するため、フィルタ特性も音速変化に応じて補正する必要がある。
【００４５】
適応フィルタのフィルタ特性は、音速変化に応じた補正を行うことによって、現在気温における騒音を低減するようなフィルタ特性に収束し得る。
【００４６】
しかしながら、上記騒音低減装置では、適応フィルタを用いているので、気温の変化による音速変化に応じて即時に適応フィルタのフィルタ特性が補正されたとしても、そのフィルタ特性が騒音を低減するような特性に収束するまでにはある程度の時間を要する。
【００４７】
従って、急激な気温の変化により急激な音速変化が発生した場合には、適応フィルタのフィルタ特性が気温の変化に対応して収束するまでの間、騒音の低減効果が大きく低下するという問題がある。
【特許文献１】特開平７−１６２９８６号公報
【非特許文献１】「アクティブノイズコントロール」、音響学会編、コロナ社
【非特許文献２】「温度変化を考慮した逆フィルタの設計法」、電子情報通信学会信学技報、ＥＡ２０００−８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４８】
本発明は、上述のような種々の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタ回路のフィルタ特性が音速変化の影響を受けない特性を含んで規定されていても、気温の変化による音速変化に迅速に対応して制御点における騒音低減効果を常に維持し得る、低コストの簡単な構成を有する騒音低減装置及びその制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
本発明に係る騒音低減装置の制御装置の一態様によれば、インパルス応答の進み時間又は遅れ時間を調整するためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有し、初期気温及び現在気温に基づき算出されるシフト数だけ初期フィルタ係数をシフトさせたフィルタ係数を用いて、騒音を制御点において低減する制御音波を発生させるための制御音信号を、検出された騒音音波から変換された騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路と、上記係数シフトフィルタ回路に上記初期フィルタ係数を設定したときに上記制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温である上記初期気温を記憶する初期気温記憶回路と、上記初期気温及び現在気温に基づき、上記騒音音波が騒音源から騒音音波検出位置に到達するまでの時間と上記騒音音波が上記騒音源から制御音波発生位置に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた上記シフト数を算出するシフト数算出回路と、を備えていることを特徴とする騒音低減装置の制御装置が提供される。
【００５０】
本発明に係る騒音低減装置の制御装置の上記態様において、上記係数シフトフィルタ回路は、インパルス応答がフィルタ係数となるＦＩＲ（Finite Impulse Response）型ディジタルフィルタであるものとするとよい。
【００５１】
本発明に係る騒音低減装置の制御装置の他の態様によれば、初期気温及び現在気温に基づき算出される補正時間を初期遅延時間に加減した遅延時間だけ、検出された騒音音波から変換された騒音信号を遅延させる遅延回路と、騒音を制御点において低減する制御音波を発生させるための制御音信号を、上記遅延回路を介して入力された上記騒音信号に応じて生成するフィルタ回路であって、上記初期気温において上記遅延回路に上記初期遅延時間を設定したときに上記制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となるフィルタ係数が設定されたフィルタ回路と、上記遅延回路に上記初期遅延時間を設定したときに上記制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温である上記初期気温を記憶する初期気温記憶回路と、上記初期気温及び現在気温に基づき、上記騒音音波が騒音源から騒音音波検出位置に到達するまでの時間と上記騒音音波が上記騒音源から制御音波発生位置に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた上記補正時間を算出する補正時間算出回路と、を備えていることを特徴とする騒音低減装置の制御装置が提供される。
【００５２】
本発明に係る騒音低減装置の一態様によれば、騒音源から発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホンと、騒音伝達経路の現在気温を検出する気温検出装置と、騒音を制御点において低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカと、インパルス応答の進み時間又は遅れ時間を調整するためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有し、初期気温及び現在気温に基づき算出されるシフト数だけ初期フィルタ係数をシフトさせたフィルタ係数を用いて、上記制御音信号を上記騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路、上記係数シフトフィルタ回路に上記初期フィルタ係数を設定したときに上記制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温である上記初期気温を記憶する初期気温記憶回路、並びに、上記初期気温及び現在気温に基づき、上記騒音音波が上記騒音源から上記センサマイクロホンに到達するまでの時間と上記騒音音波が上記騒音源から上記制御スピーカに到達するまでの時間との時間差の変化に応じた上記シフト数を算出するシフト数算出回路を含む制御装置と、を備えていることを特徴とする騒音低減装置が提供される。
【００５３】
本発明に係る騒音低減装置の上記態様において、上記係数シフトフィルタ回路は、インパルス応答がフィルタ係数となるＦＩＲ（Finite Impulse Response）型ディジタルフィルタであるものとするとよい。
【００５４】
本発明に係る騒音低減装置の他の態様によれば、騒音源から発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホンと、騒音伝達経路の現在気温を検出する気温検出装置と、騒音を制御点において低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカと、初期気温及び現在気温に基づき算出される補正時間を初期遅延時間に加減した遅延時間だけ、上記センサマイクロホンからの上記騒音信号を遅延させる遅延回路、上記遅延回路を介して入力された上記騒音信号に応じて上記制御音信号を生成するフィルタ回路であって、上記初期気温において上記遅延回路に上記初期遅延時間を設定したときに上記制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となるフィルタ係数が設定されたフィルタ回路、上記遅延回路に上記初期遅延時間を設定したときに上記制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温である上記初期気温を記憶する初期気温記憶回路、並びに、上記初期気温及び現在気温に基づき、上記騒音音波が上記騒音源から上記センサマイクロホンに到達するまでの時間と上記騒音音波が上記騒音源から上記制御スピーカに到達するまでの時間との時間差の変化に応じた上記補正時間を算出する補正時間算出回路を含む制御装置と、を備えていることを特徴とする騒音低減装置が提供される。
【発明の効果】
【００５５】
本発明は、上記構成により、フィルタ回路のフィルタ特性が音速変化の影響を受けない特性を含んで規定されていても、気温の変化による音速変化に迅速に対応して、制御点において騒音音波と制御音波とが逆位相となる関係を常に維持し、制御点における騒音低減効果を常に維持し得る、低コストの簡単な構成を有する騒音低減装置及びその制御装置を提供することができる。
【００５６】
また、本発明は、ＦＩＲ型ディジタルフィルタ以外の任意方式のフィルタ回路を用いる場合においても、上述のような騒音低減装置及びその制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明に係る騒音低減装置及びその制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【００５９】
本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置は、騒音源Ｓから発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホン（ＭＩＣ）１と、騒音伝達経路の現在気温を検出する気温検出装置３と、騒音を制御点Ｃにおいて低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカ２と、インパルス応答の進み時間又は遅れ時間を調整するためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有し、初期気温及び現在気温に基づき算出されるシフト数だけ初期フィルタ係数をシフトさせたフィルタ係数を用いて、制御音信号を騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路１１ｂ、係数シフトフィルタ回路１１ｂに初期フィルタ係数を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となる気温である初期気温を記憶する初期気温記憶回路１２、並びに、初期気温及び現在気温に基づき、騒音音波が騒音源Ｓからセンサマイクロホン１に到達するまでの時間と騒音音波が騒音源Ｓから制御スピーカ２に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた、係数シフトフィルタ回路１１ｂのフィルタ係数のシフト数を算出するシフト数算出回路１４を含む制御装置１０ｂと、を備えている。
【００６０】
制御装置１０ｂは、センサマイクロホン１、制御スピーカ２及び気温検出装置３と接続されている。
【００６１】
気温検出装置３は、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの間の任意の位置における現在気温を検出する。
【００６２】
制御スピーカ２は、制御点Ｃにおける騒音を低減させるべく、生成された制御音信号に応じた制御音波を発生させる。
【００６３】
本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置に備えられている制御装置１０ｂが、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置であり、制御装置１０ｂは、気温変化による音速変化に応じて制御音信号の進み時間又は遅れ時間を調整するものである。
【００６４】
即ち、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置１０ｂは、インパルス応答の進み時間又は遅れ時間を調整するためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有し、初期気温及び現在気温に基づき算出されるシフト数だけ初期フィルタ係数をシフトさせたフィルタ係数を用いて、騒音を制御点Ｃにおいて低減する制御音波を発生させるための制御音信号を、検出された騒音音波から変換された騒音信号に応じて生成する係数シフトフィルタ回路１１ｂと、係数シフトフィルタ回路１１ｂに初期フィルタ係数を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となる気温である初期気温を記憶する初期気温記憶回路１２と、初期気温及び現在気温に基づき、騒音音波が騒音源Ｓから騒音音波検出位置（センサマイクロホン１の位置）に到達するまでの時間と騒音音波が騒音源Ｓから制御音波発生位置（制御スピーカ２の位置）に到達するまでの時間との時間差の変化に応じたシフト数を算出するシフト数算出回路１４と、を備えている。
【００６５】
本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置１０ｂに含まれる係数シフトフィルタ回路１１ｂは、インパルス応答がフィルタ係数となる周知のＦＩＲ（Finite Impulse Response）型ディジタルフィルタであり、特に、そのインパルス応答を時間的に進めたり遅らせたりするためにフィルタ係数を前後にシフトする機能を有する係数シフトフィルタ回路である。
【００６６】
係数シフトフィルタ回路１１ｂの初期フィルタ係数は、気温が初期気温Ｔ0であるときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となるように、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が初期気温Ｔ0において最大となるように、例えば前述の式（２）により表されるインパルス応答として設定されるが、実際には、一例としての式（２）により表されるインパルス応答をサンプリング周期により離散化した値がフィルタ係数となる。
【００６７】
尚、初期気温Ｔ0における係数シフトフィルタ回路１１ｂの初期フィルタ係数は、式（２）により表されるインパルス応答に限定されるものではなく、気温が初期気温Ｔ0であるときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が初期気温Ｔ0において最大となるものであれば、式（２）以外の任意のフィルタ係数を用いることができる。
【００６８】
シフト数算出回路１４は、気温が変化しても騒音の低減効果を維持し得るように、係数シフトフィルタ回路１１ｂのフィルタ係数のシフト数を、初期気温及び現在気温に基づき算出する。
【００６９】
本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置の動作について、以下に説明する。
【００７０】
図１において、騒音源Ｓからセンサマイクロホン１までの騒音音波の伝達経路の長さをｄ１［m］、騒音源Ｓから制御スピーカ２までの騒音音波の伝達経路の長さをｄ2［m］とする。
【００７１】
先ず、騒音源Ｓから発生した騒音音波がセンサマイクロホン１に到達するまでの時間と制御スピーカ２に到達するまでの時間との差を「到達時間差」と定義する。そして、初期気温Ｔ0［℃］における音速をｃ0［m/sec］、現在気温ＴP［℃］における音速をｃP［m/sec］とすると、それぞれの気温における到達時間差ｔ0［sec］及びｔP［sec］は、次の式（７）により表される。
【数８】
2008122686.tif 000010
【００７２】
従って、気温が初期気温Ｔ0［℃］から現在気温ＴP［℃］へ変化したときの到達時間差の変化量Δｔは、次の式（８）により表される。
【数９】
2008122686.tif 000011
【００７３】
このように、現在気温ＴPの状態における到達時間差は、初期気温Ｔ0での到達時間差からΔｔだけ変化するため、制御装置１０ｂが初期気温Ｔ0の状態のまま同じように動作していたのでは、制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる関係を維持することができない。そのため、騒音を低減することができなくなるだけでなく、場合によっては騒音を増幅させる可能性もある。
【００７４】
気温が変化しても騒音の低減効果を維持するには、制御スピーカ２から制御音波を放射するタイミングをΔｔだけ補正して、制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる関係を維持するようにしなければならないため、シフト数算出回路１４及び係数シフトフィルタ回路１１ｂは、次のように動作する。
【００７５】
シフト数算出回路１４が算出するシフト数ｓは、Δｔ［sec］を係数シフトフィルタ回路１１ｂのサンプリング周期ｔs［sec］で除算して、次の式（９）のように求められる。
【数１０】
2008122686.tif 000012
【００７６】
ｃ0及びｃPは、それぞれ式（３）及び式（４）により表されるので、それらを代入して
【数１１】
2008122686.tif 000013
となる。
【００７７】
シフト数算出回路１４は、予め設定された距離ｄ１、ｄ2、サンプリング周期ｔs、初期気温Ｔ0及び気温検出装置３が検出する現在気温ＴPから、式（１０）によりシフト数ｓを算出する。尚、シフト数ｓは、整数でなければならないので、整数に丸めこんだ値を係数シフトフィルタ回路１１ｂへ出力する。
【００７８】
係数シフトフィルタ回路１１ｂは、フィルタのインパルス応答であるフィルタ係数をこのシフト数ｓ［tap］だけ時間的にシフトさせる。
【００７９】
例を示すと、係数シフトフィルタ回路１１ｂのフィルタ係数のタップ長が２５６［tap］で、初期気温Ｔ0のときに制御点Ｃの騒音が低減するように決定した次のようなフィルタ係数に設定されているとする。
[w1 w2 w3 w4 w5  ・・・  w254 w255 w256]
【００８０】
この場合において、シフト数ｓが−３［tap］であるとき、係数シフトフィルタ回路１１ｂの係数は３［tap］前にシフトして
[w4 w5  ・・・  w254 w255 w256・0 0 0]
となる。シフト数ｓが２［tap］の場合は、２［tap］後にシフトして
[0 0 w1 w2 w3  ・・・  w253・w254]
となるように動作する。
【００８１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置に含まれる係数シフトフィルタ回路１１ｂは、フィルタ係数をシフトすることにより気温変化に応じて到達時間差の変化量Δｔだけインパルス応答を時間的に補正する。
【００８２】
従って、係数シフトフィルタ回路１１ｂが騒音信号をフィルタリング処理して生成した制御音信号は、気温変化に応じてΔｔだけ時間的に補正され、その制御音信号に基づき制御スピーカ２が放射する制御音波と騒音源Ｓからの騒音音波とは、気温が変化しても制御点Ｃにおいて逆位相となる関係を維持することができる。
【００８３】
このようにして、気温変化による音速変化の影響を受けない特性を制御装置のフィルタ回路が含んでいる場合においても、制御点における騒音低減効果を常に維持することができる。
【００８４】
先行技術として挙げた特許文献１に記載された騒音低減装置では、適応フィルタを用いているので、気温の変化による音速変化に応じて即時に適応フィルタのフィルタ特性が補正されたとしても、そのフィルタ特性が騒音を低減するような特性に収束するまでにはある程度の時間を要し、急激な気温の変化により急激な音速変化が発生した場合には、適応フィルタのフィルタ特性が気温の変化に対応して収束するまでの間、騒音の低減効果が大きく低下するという問題があった。
【００８５】
これに対し、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置では、初期気温Ｔ0の状態において、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの音響伝達特性を予め計測し、制御点Ｃにおいて制御音波と騒音音波とが逆位相となるように、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となるように、計算によりフィルタ特性を決定し、気温変化による音速変化に応じてフィルタ出力の進み時間又は遅れ時間を調整することによって、制御音波を出力するタイミングを直接的に即時に補正することができる。
【００８６】
従って、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置によれば、急激な気温の変化により急激な音速変化が発生した場合においても、制御音波と騒音源Ｓからの騒音音波とが制御点Ｃにおいて逆位相となる関係を維持することができ、騒音低減効果を常に維持することができる。
【００８７】
上記第１の実施の形態においては、ＦＩＲ型ディジタルフィルタのフィルタ係数をシフトさせる構成について説明したが、フィルタ回路としてＩＩＲ型ディジタルフィルタやアナログフィルタ等のその他の方式のフィルタを用いる場合には、遅延回路を併用するとよい。
【００８８】
以下、遅延回路を用いた構成を有する本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置について説明する。
【００８９】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【００９０】
本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置は、騒音源Ｓから発生する騒音を騒音音波として検出して騒音信号に変換するセンサマイクロホン（ＭＩＣ）１と、騒音伝達経路の現在気温を検出する気温検出装置３と、騒音を制御点Ｃにおいて低減するための制御音信号に応じた制御音波を発生させる制御スピーカ２と、初期気温及び現在気温に基づき算出される補正時間を初期遅延時間に加減した遅延時間だけ、センサマイクロホン１からの騒音信号を遅延させる遅延回路１５、遅延回路１５を介して入力された騒音信号に応じて制御音信号を生成するフィルタ回路であって、初期気温において遅延回路１５に初期遅延時間を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となるフィルタ係数、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となるフィルタ係数が設定されたフィルタ回路１１、遅延回路１５に初期遅延時間を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となる気温である初期気温を記憶する初期気温記憶回路１２、並びに、初期気温及び現在気温に基づき、騒音音波が騒音源Ｓからセンサマイクロホン１に到達するまでの時間と騒音音波が騒音源Ｓから制御スピーカ２に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた、遅延回路１５の初期遅延時間に加減する補正時間を算出する補正時間算出回路１６を含む制御装置１０ｃと、を備えている。
【００９１】
本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置に備えられている制御装置１０ｃが、本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置であり、制御装置１０ｃは、第１の実施の形態における制御装置１０ｂと構成は異なるが、機能的には同様に、気温変化による音速変化に応じて制御音信号の進み時間又は遅れ時間を調整するものである。
【００９２】
即ち、本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置１０ｂは、初期気温及び現在気温に基づき算出される補正時間を初期遅延時間に加減した遅延時間だけ、検出された騒音音波から変換された騒音信号を遅延させる遅延回路１５と、騒音を制御点Ｃにおいて低減する制御音波を発生させるための制御音信号を、遅延回路１２を介して入力された騒音信号に応じて生成するフィルタ回路であって、初期気温において遅延回路１５に初期遅延時間を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となるフィルタ係数、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となるフィルタ係数が設定されたフィルタ回路１１と、遅延回路１５に初期遅延時間を設定したときに制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となる気温、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となる気温である初期気温を記憶する初期気温記憶回路１２と、初期気温及び現在気温に基づき、騒音音波が騒音源Ｓから騒音音波検出位置（センサマイクロホン１の位置）に到達するまでの時間と騒音音波が騒音源Ｓから制御音波発生位置（制御スピーカ２の位置）に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた補正時間を算出する補正時間算出回路１６と、を備えている。
【００９３】
本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置の制御装置１０ｃに含まれているフィルタ回路１１は、図３に示した従来の一般的な騒音低減装置において用いられているのと同様のフィルタ回路であり、そのフィルタリング方式は、ＦＩＲ型ディジタルフィルタに限定されず、任意の方式とすることができる。
【００９４】
フィルタ回路１１のフィルタリング特性は、気温が初期気温Ｔ0であるときに、遅延回路１５の初期遅延時間を考慮に入れて、制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となるように、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となるように、所定の式により表されるインパルス応答として設定される。例えば、フィルタ回路１１のフィルタリング特性は、前述の式（２）に遅延回路１５の初期遅延時間をパラメータとして算入した式により表されるインパルス応答として設定される。
【００９５】
遅延回路１５は、フィルタ回路１１に入力されるセンサマイクロホン１からの騒音信号を遅延させる遅延回路であり、この遅延回路１５の遅延時間は可変である。
【００９６】
遅延回路１５の遅延時間は、初期遅延時間に補正時間を加減することにより調整されるが、遅延時間を負の値にすることはできないため、初期遅延時間としては、初期気温Ｔ0の状態において予め相応の遅延時間を設定しておき、補正時間Δｔが負の値となっても遅延時間は負の値とはならないようにする必要がある。
【００９７】
補正時間算出回路１６は、初期気温及び現在気温に基づき、騒音音波が騒音源Ｓからセンサマイクロホン１に到達するまでの時間と騒音音波が騒音源Ｓから制御スピーカ２に到達するまでの時間との時間差の変化に応じた、遅延回路１５の初期遅延時間に加減する補正時間Δｔを算出する。
【００９８】
従って、遅延回路１５の遅延時間の変更は、補正時間算出回路１６により算出される補正時間Δｔを初期遅延時間に加算又は減算することによって行われる。
【００９９】
具体的には、補正時間算出回路１６は、予め設定された距離ｄ１、ｄ2、サンプリング周期ｔs、初期気温Ｔ0及び気温検出装置３が検出する現在気温ＴPから、第１の実施の形態における到達時間差の変化量Δｔに相当する補正時間Δｔを、前述の式（８）により算出する。
【０１００】
遅延回路１５は、算出された補正時間Δｔを初期遅延時間に加減することにより、遅延時間を延長又は短縮する。初期気温Ｔ0に対して現在気温ＴPが低い場合は、補正時間Δｔは正の値をとり、遅延時間は延長される。逆に、初期気温Ｔ0に対して現在気温ＴPが高い場合は、補正時間Δｔは負の値をとり、遅延時間は短縮される。
【０１０１】
但し、上述のように、遅延回路１５の遅延時間を負の値にすることはできないため、補正時間Δｔが負の値となっても遅延時間は負の値とはならないように、初期遅延時間として、初期気温Ｔ0の状態において予め相応の遅延時間を設定しておく必要がある。
【０１０２】
このように、フィルタ回路としてフィルタ係数のシフトが可能なＦＩＲ型ディジタルフィルタを用いずに任意の方式のフィルタ回路を用いても、気温の変化による音速変化に応じて遅延回路１５が遅延時間を補正時間Δｔだけ、即ち、前述の到達時間差の変化量Δｔだけ補正するので、本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置においても、制御音波と騒音源Ｓからの騒音音波とが制御点Ｃにおいて逆位相となる関係を常に維持することができ、制御点Ｃにおける騒音低減効果を常に維持することができる。
【０１０３】
即ち、本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置では、気温が初期気温Ｔ0であるときに、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの音響伝達特性を予め計測し、制御点Ｃにおいて騒音音波と制御音波とが逆位相となるように、即ち、制御点Ｃにおける騒音低減効果が最大となるように、遅延回路１５の初期遅延時間を考慮に入れた計算によりフィルタ回路１１のフィルタ係数を決定し、気温変化による音速変化に応じて初期遅延時間に加減する補正時間Δｔを調整することによって、制御音波を出力するタイミングを直接かつ即時に補正することができる。
【０１０４】
従って、本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置によれば、急激な気温の変化により急激な音速変化が発生した場合においても、第１の実施の形態と同様に、制御音波と騒音源Ｓからの騒音音波とが制御点Ｃにおいて逆位相となる関係を常に維持することができ、制御点Ｃにおける騒音低減効果を常に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る騒音低減装置及びその制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の一般的な騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【図４】温度変化に基づくフィルタの補正回路を含む制御装置を備えた従来の騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  センサマイクロホン
２  制御スピーカ
３  気温検出装置
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  制御装置
１１  フィルタ回路
１１ａ  時間軸可変フィルタ回路
１１ｂ  係数シフトフィルタ回路
１２  初期気温記憶回路
１３  音速比算出回路
１４  シフト数算出回路
１５  遅延回路
１６  補正時間算出回路
Ｓ  騒音源
Ｃ  制御点
【図１】
2008122686.tif 000014
【図２】
2008122686.tif 000015
【図３】
2008122686.tif 000016
【図４】
2008122686.tif 000017