(57)【要約】【課題】騒音と逆位相の制御音で騒音を打ち消すフィードバック型能動騒音制御装置に関し、騒音特性やスピーカ伝達関数の変動に影響を受けることなく騒音低減効果を得る。【解決手段】能動騒音制御装置を騒音検出用マイクとスピーカ逆特性補正手段と高周波成分減衰手段と反転増幅器と制御音用スピーカで構成し、騒音特性の変動に対しては騒音検出用マイク等で検出する騒音特性変動に応じて高周波成分減衰手段のカットオフ周波数を、スピーカ伝達関数の変動に対しては設計時との開ループ伝達関数特性差が無くなるようにスピーカ逆特性補正特性を自動的に変更して動作させるため、継続して騒音低減効果を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音検出手段と、
前記騒音検出手段の出力信号を入力する制御特性調整手段と、
前記騒音検出手段の出力信号と前記制御特性調整手段の出力信号を入力する制御手段と、
前記制御手段の出力信号を入力するスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、
前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、
前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて前記騒音検出手段の出力信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項２】
騒音検出手段と、
騒音発生機器運転状態検出手段と、
前記騒音発生機器運転状態検出手段の出力信号を入力する制御特性調整手段と、
前記騒音検出手段の出力信号と前記制御特性調整手段の出力信号を入力する制御手段と、
前記制御手段の出力信号を入力するスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、
前記制御特性調整手段は前記騒音発生機器運転状態検出手段の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、
前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて前記騒音検出手段の出力信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は入力信号を前記スピーカのゲイン逆特性で補正して出力する逆特性補正手段と入力信号の高周波成分を減衰して出力する高周波成分減衰手段と信号反転増幅手段からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の能動騒音制御装置。
【請求項４】
前記逆特性補正手段は入力信号の所定の周波数帯域成分の通過量を調節可能な少なくとも一つ以上の帯域成分補正手段からなることを特徴とする請求項３記載の能動騒音制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて定まる前記高周波成分減衰手段のカットオフ周波数が可変であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の能動騒音制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は前記騒音検出手段の出力信号のうちレベルが大きい周波数成分の信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする請求項５記載の能動騒音制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて定まる前記信号反転増幅手段の増幅率が可変であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の能動騒音制御装置。
【請求項８】
前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号が安定しているか不安定発振しているかを判定する判定部と、
前記判定部の出力信号を入力する判定結果表示部をさらに備え、
前記判定結果表示部は前記判定部の判定結果を所定の方法によって表示することを特徴とする請求項７記載の能動騒音制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した場合は制御動作を停止することを特徴とする請求項８記載の能動騒音制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した場合は制御動作が停止した後、
前記信号反転増幅手段は前記制御手段が不安定発振しないような増幅率に変更し、前記制御手段は制御動作を再開することを特徴とする請求項８記載の能動騒音制御装置。
【請求項１１】
騒音検出手段と、
信号発生手段と、
前記騒音検出手段の出力信号と前記信号発生手段の出力信号を入力する制御手段入力切替手段と、
前記騒音検出手段の出力信号と前記信号発生手段の出力信号を入力する制御特性調整手段と、
前記制御手段入力切替手段の出力信号と前記制御特性調整手段の出力信号を入力する制御手段と、
前記制御手段の出力信号を入力するスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、
前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は前記制御手段の入力から前記騒音検出手段の出力までの伝達関数を計算し、
前記制御手段入力切替手段が前記騒音検出手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、
前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて前記制御手段入力切替手段の出力信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項１２】
前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は所定の周波数帯域において前記制御手段の入力から前記騒音検出手段の出力までの伝達関数ゲイン特性が平坦となるような処理係数信号を出力することを特徴とする請求項１１記載の能動騒音制御装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の前記能動騒音制御装置をＭ（Ｍは２以上の整数）個備えることを特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項１４】
少なくとも１個の前記制御特性調整手段が出力する処理係数信号が他の前記制御特性調整手段が出力する処理係数信号と異なることを特徴とする請求項１３記載の能動騒音制御装置。
【請求項１５】
Ｍ個の前記能動騒音制御装置のうち第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段が省かれ、
第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段が出力する処理係数信号は第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御手段に入力されるのに加えて、
更に第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御手段に入力され、
Ｍ個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御手段は第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいてＭ個の前記能動騒音制御装置を構成する前記騒音検出手段の出力信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする請求項１３記載の能動騒音制御装置。
【請求項１６】
Ｍ個の前記能動騒音制御装置のうち第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段が省かれ、
第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段には、
第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記騒音検出手段の出力信号に加えて、更に第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記騒音検出手段の出力信号が入力され、
前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号が安定しているか不安定発振しているかを判定する判定部と、
前記判定部の出力信号を入力する判定結果表示部をさらに備え、
前記判定結果表示部は前記判定部の判定結果を所定の方法によって表示することを特徴とする請求項１３記載の能動騒音制御装置。
【請求項１７】
前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した前記制御手段は制御動作を停止することを特徴とする請求項１６記載の能動騒音制御装置。
【請求項１８】
前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した前記制御手段は制御動作が停止した後、
前記制御手段を構成する前記信号反転増幅手段は前記制御手段が不安定発振しないような増幅率に変更し、前記制御手段は制御動作を再開することを特徴とする請求項１６記載の能動騒音制御装置。
【請求項１９】
少なくとも２つ以上の騒音検出手段と、
信号発生手段と、
前記信号発生手段の出力信号と前記騒音検出手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上の制御手段入力切替手段と、
前記騒音検出手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上の制御特性調整手段入力切替手段と、
前記制御特性調整手段入力切替手段の各々の出力信号を入力する加算器と、
前記信号発生手段と前記加算器の出力信号を入力する制御特性調整手段と、
前記制御特性調整手段の出力信号と前記制御手段入力切替手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上の制御手段と、
前記制御手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上のスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、
前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御手段入力切替手段に接続された前記制御特性調整手段入力切替手段は前記騒音検出手段の出力信号を出力し、
前記制御手段入力切替手段に接続された前記制御手段の入力から前記制御手段入力切替手段に接続された前記騒音検出手段の出力までの伝達関数を計算し、
前記制御手段入力切替手段に接続されない前記制御特性調整手段入力切替手段は前記騒音検出手段の出力信号を出力せず、
全ての前記制御手段入力切替手段が前記騒音検出手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段入力切替手段は前記騒音検出手段の出力信号を出力し、
前記制御特性調整手段は前記加算器の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、
前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて接続された前記制御手段入力切替手段の出力信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項２０】
前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は所定の周波数帯域において前記制御手段入力切替手段に接続された前記制御手段の入力から前記制御手段入力切替手段に接続された前記騒音検出手段の出力までの伝達関数ゲイン特性が平坦となるような処理係数信号を出力することを特徴とする請求項１９記載の能動騒音制御装置。
【請求項２１】
前記制御手段と前記制御特性調整手段はアナログ回路からなることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の能動騒音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は能動騒音制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
騒音を低減するための技術として、騒音伝播経路に吸音材等を充填する受動騒音制御技術に加え、騒音とその同振幅、逆位相の制御音を干渉させて騒音を低減する能動騒音制御技術が提案されている。能動騒音制御技術は、騒音検出手段と制御誤差検出手段（制御点）が同一であり制御音発生手段との間に音響的な閉ループが形成されるフィードバック型と、騒音検出手段と制御音発生手段との間に音響的なループが形成されないように各々の手段が設置されるフィードフォワード型に大別することが出来る。フィードフォワード型能動騒音制御技術を用いる場合、制御対象騒音を制御点に到来する事前に検出する必要があるため、制御対象騒音が限定される。一方、フィードバック型能動騒音制御技術を用いる場合、制御対象騒音を制御点に到来する事前に検出する必要は無いが、制御音が制御対象騒音に対して時間遅れを有するので閉ループが不安定になりやすいという課題がある。そこで、フィードバック型能動騒音制御技術を用いる場合において、システム安定性と連続した周波数帯域における騒音制御効果を両立する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながらフィードバック型能動騒音制御装置について説明する。図１はフィードバック型能動騒音制御装置である。図１において、３０はダクト、３１は騒音源、３２は誤差検知部、３３は二次音生成フィルタ、３４は二次音放射スピーカである。二次音生成フィルタ３３は、定倍信号処理部３５と反転部３６と逆特性信号処理部３７と低周波数域通過信号処理部３８で構成される。図１に示すフィードバック型能動騒音制御装置の動作を以下に示す。
【０００４】
ダクト３０はその断面の長さが騒音の波長に比べて十分短い。この場合、ダクト３０の内部の音波は平面波として扱うことが可能であり、騒音源３１からの騒音と二次音放射スピーカ３４からの二次音の干渉信号を検知する誤差検知部３２近傍で実現される制御効果はダクト３０の断面内で一様に実現される。誤差検知部３２の出力信号は定倍信号処理部３５に入力されて増幅する。定倍信号処理部３５の出力信号は反転部３６に入力されて反転する。逆特性信号処理部３７は、二次音放射スピーカ３４の入力信号から誤差検知部３２の出力信号に至る伝達関数（以下、スピーカ伝達関数）のうちむだ時間要素を除く要素の周波数振幅特性に対し逆特性の関係となる振幅特性を有し、反転部３６の出力信号を処理する。逆特性信号処理部３７の出力信号は低周波数域通過信号処理部３８に入力されて高周波数域成分が低減する。低周波数域通過信号処理部３８の出力信号によって二次音放射スピーカ３４を駆動して二次音がダクト３０内に放射される。二次音放射スピーカ３４の入力信号から低周波数域通過信号処理部３８の出力信号に至る伝達関数（開ループ伝達関数）は、むだ時間による位相遅れの影響が小さい低周波数帯域では振幅特性が平坦であり、むだ時間による位相遅れの影響が大きい高周波数帯域では振幅レベルが小さい。
【０００５】
以上の動作により、誤差検知部３２において、位相遅れの影響が大きい高周波数帯域を除く周波数帯域で一様な騒音低減効果が得られ、高周波数帯域でも安定性を保つことが可能となる。しかし、二次音放射スピーカ３４と誤差検知部３２の間隔を長くして設置せざるを得ない等の原因によりスピーカ伝達関数がむだ時間要素を多く含む結果位相遅れが大きい場合、低周波数域通過信号処理部３８のカットオフ周波数が小さくしなければならず所定の制御周波数帯域が狭くなるので、一旦設計した二次音生成フィルタ３３では様々な周波数の騒音を制御することはできない。よって、図１で示した能動騒音制御装置を用いた場合、例えば高速移動体の客室内騒音のように定常的騒音であっても、走行状態等によって周波数特性が変動するような騒音を制御するためには、都度二次音生成フィルタ３３を設計し直す、もしくは制御周波数帯域毎の二次音生成フィルタ３３をあらかじめ複数設計してメモリ上に保存しておき騒音特性に応じて二次音生成フィルタ３３の処理係数を入れ替える手間が必要という課題がある。また、二次音生成フィルタ３３の処理特性が固定されているので、デバイス特性の経年変化等によってスピーカ伝達関数が変動した場合に制御性能が劣化する課題もある。特に、能動騒音制御装置を複数個用いる場合には、上記の二次音生成フィルタ３３の入れ替えもしくは再設計には莫大な手間を要する。二次音生成フィルタ３３を適応フィルタで構成することによって上記変動に応じてフィルタ係数を更新して継続的に騒音低減効果を得ることは可能であるが、適応フィルタを実現するために能動騒音制御装置の回路規模が大きくなるという課題がある。
【特許文献１】特開２００２−５５６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑み、騒音の周波数特性やスピーカ伝達関数の変動に追従して能動騒音制御装置の処理特性を自動的に変更することにより、とりわけむだ時間要素が大きい環境においても、制御装置の回路規模を大幅に増すこと無く様々な周波数の騒音に対して継続的に低減効果を得るフィードバック型能動騒音制御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】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明の能動騒音制御装置は、騒音検出手段と、前記騒音検出手段の出力信号を入力する制御特性調整手段と、前記騒音検出手段の出力信号と前記制御特性調整手段の出力信号を入力する制御手段と、前記制御手段の出力信号を入力するスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて前記騒音検出手段の出力信号が減衰するような信号を出力する構成となっている。
【０００８】
本発明の能動騒音制御装置は、騒音検出手段と、騒音発生機器運転状態検出手段と、前記騒音発生機器運転状態検出手段の出力信号を入力する制御特性調整手段と、前記騒音検出手段の出力信号と前記制御特性調整手段の出力信号を入力する制御手段と、前記制御手段の出力信号を入力するスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、前記制御特性調整手段は前記騒音発生機器運転状態検出手段の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて前記騒音検出手段の出力信号が減衰するような信号を出力する構成となっている。
【０００９】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段は入力信号を前記スピーカのゲイン逆特性で補正して出力する逆特性補正手段と入力信号の高周波成分を減衰して出力する高周波成分減衰手段と信号反転増幅手段からなることを特徴とする構成となっている。
【００１０】
本発明の能動騒音制御装置は、前記逆特性補正手段は入力信号の所定の周波数帯域成分の通過量を調節可能な少なくとも一つ以上の帯域成分補正手段からなることを特徴とする構成となっている。
【００１１】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて定まる前記高周波成分減衰手段のカットオフ周波数が可変であることを特徴とするとなっている。
【００１２】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段は前記騒音検出手段の出力信号のうちレベルが大きい周波数成分の信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする構成となっている。
【００１３】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて定まる前記信号反転増幅手段の増幅率が可変であることを特徴とする構成となっている。
【００１４】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号が安定しているか不安定発振しているかを判定する判定部と、前記判定部の出力信号を入力する判定結果表示部をさらに備え、前記判定結果表示部は前記判定部の判定結果を所定の方法によって表示することを特徴とする構成となっている。
【００１５】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段は前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した場合は制御動作を停止することを特徴とする構成となっている。
【００１６】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段は前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した場合は制御動作が停止した後、前記信号反転増幅手段は前記制御手段が不安定発振しないような増幅率に変更し、前記制御手段は制御動作を再開することを特徴とする構成となっている。
【００１７】
本発明の能動騒音制御装置は、騒音検出手段と、信号発生手段と、前記騒音検出手段の出力信号と前記信号発生手段の出力信号を入力する制御手段入力切替手段と、前記騒音検出手段の出力信号と前記信号発生手段の出力信号を入力する制御特性調整手段と、前記制御手段入力切替手段の出力信号と前記制御特性調整手段の出力信号を入力する制御手段と、前記制御手段の出力信号を入力するスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は前記制御手段の入力から前記騒音検出手段の出力までの伝達関数を計算し、前記制御手段入力切替手段が前記騒音検出手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて前記制御手段入力切替手段の出力信号が減衰するような信号を出力する構成となっている。
【００１８】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は所定の周波数帯域において前記制御手段の入力から前記騒音検出手段の出力までの伝達関数ゲイン特性が平坦となるような処理係数信号を出力することを特徴とする構成となっている。
【００１９】
本発明の能動騒音制御装置は、前記能動騒音制御装置をＭ（Ｍは２以上の整数）個備える構成となっている。
【００２０】
本発明の能動騒音制御装置は、少なくとも１個の前記制御特性調整手段が出力する処理係数信号が他の前記制御特性調整手段が出力する処理係数信号と異なることを特徴とする構成となっている。
【００２１】
本発明の能動騒音制御装置は、Ｍ個の前記能動騒音制御装置のうち第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段が省かれ、第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段が出力する処理係数信号は第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御手段に入力されるのに加えて、更に第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御手段に入力され、Ｍ個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御手段は第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいてＭ個の前記能動騒音制御装置を構成する前記騒音検出手段の出力信号が減衰するような信号を出力することを特徴とする構成となっている。
【００２２】
本発明の能動騒音制御装置は、Ｍ個の前記能動騒音制御装置のうち第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段が省かれ、第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記制御特性調整手段には、第１の前記能動騒音制御装置を構成する前記騒音検出手段の出力信号に加えて、更に第１を除くＭ−１個の前記能動騒音制御装置を構成する前記騒音検出手段の出力信号が入力され、前記制御特性調整手段は前記騒音検出手段の出力信号が安定しているか不安定発振しているかを判定する判定部と、前記判定部の出力信号を入力する判定結果表示部をさらに備え、前記判定結果表示部は前記判定部の判定結果を所定の方法によって表示することを特徴とする構成となっている。
【００２３】
本発明の能動騒音制御装置は、前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した前記制御手段は制御動作を停止することを特徴とする構成となっている。
【００２４】
本発明の能動騒音制御装置は、前記判定部が前記騒音検出手段の出力信号が不安定発振していると判定した前記制御手段は制御動作が停止した後、前記制御手段を構成する前記信号反転増幅手段は前記制御手段が不安定発振しないような増幅率に変更し、前記制御手段は制御動作を再開することを特徴とする構成となっている。
【００２５】
本発明の能動騒音制御装置は、少なくとも２つ以上の騒音検出手段と、信号発生手段と、前記信号発生手段の出力信号と前記騒音検出手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上の制御手段入力切替手段と、前記騒音検出手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上の制御特性調整手段入力切替手段と、前記制御特性調整手段入力切替手段の各々の出力信号を入力する加算器と、前記信号発生手段と前記加算器の出力信号を入力する制御特性調整手段と、前記制御特性調整手段の出力信号と前記制御手段入力切替手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上の制御手段と、前記制御手段の各々の出力信号を各々入力する少なくとも２つ以上のスピーカを具備する能動騒音制御装置であり、前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御手段入力切替手段に接続された前記制御特性調整手段入力切替手段は前記騒音検出手段の出力信号を出力し、前記制御手段入力切替手段に接続された前記制御手段の入力から前記制御手段入力切替手段に接続された前記騒音検出手段の出力までの伝達関数を計算し、前記制御手段入力切替手段に接続されない前記制御特性調整手段入力切替手段は前記騒音検出手段の出力信号を出力せず、全ての前記制御手段入力切替手段が前記騒音検出手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段入力切替手段は前記騒音検出手段の出力信号を出力し、前記制御特性調整手段は前記加算器の出力信号に基づいて前記制御手段の処理係数信号を出力し、前記制御手段は前記制御特性調整手段から出力される処理係数信号に基づいて接続された前記制御手段入力切替手段の出力信号が減衰するような信号を出力する構成となっている。
【００２６】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段入力切替手段が前記信号発生手段の出力信号を出力するときは前記制御特性調整手段は所定の周波数帯域において前記制御手段入力切替手段に接続された前記制御手段の入力から前記制御手段入力切替手段に接続された前記騒音検出手段の出力までの伝達関数ゲイン特性が平坦となるような処理係数信号を出力することを特徴とする構成となっている。
【００２７】
本発明の能動騒音制御装置は、前記制御手段と前記制御特性調整手段はアナログ回路からなることを特徴とする構成となっている。
【発明の効果】
【００２８】
上記のように、本発明によれば、騒音検出手段もしくは騒音発生機器運転状態検出手段で検出した騒音の周波数特性もしくは開ループ伝達関数の変動に応じて、制御装置を構成する逆特性補正手段もしくは高周波成分減衰手段もしくは反転増幅手段の処理特性を自動的に変更する。以上より、本発明に係る能動騒音制御装置によれば、むだ時間要素が大きい環境においても、制御装置の回路規模を大幅に増すこと無く様々な周波数の騒音に対して継続的に低減効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図２から図２８を用いて説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図２は、実施の形態１における能動騒音制御装置を示す図である。図２において、１は騒音検出用マイク、２は制御音用スピーカ、３は制御装置、４は逆特性補正手段、５は高周波成分減衰手段、６は反転増幅手段、７はカットオフ周波数変更手段である。図２は、図１の構成に比べて騒音検出用マイクの出力信号に応じて高周波成分減衰手段のカットオフ周波数が変更し騒音を制御する周波数がシフトするので、騒音の周波数特性の変化する場合でも、変化に追従して所定の周波数帯域において一様の制御効果を得るもので、ダクトを有さない能動騒音制御装置である。
【００３１】
以下、図２で示した構成の動作及び制御装置３の設計方法を説明する。騒音検出用マイク１で検出される騒音信号は制御装置３とカットオフ周波数変更手段７に入力される。制御装置３に入力される信号は逆特性補正手段４と高周波成分減衰手段５と反転増幅手段６で処理され騒音を減衰させるような制御信号に補正される。制御信号は制御音用スピーカ２に入力されて制御音として放射され騒音と干渉する。騒音と制御音の干渉の結果、騒音が低減するための制御装置３の設計について説明する。騒音をＮ、制御音用スピーカ２への入力から騒音検出用マイク１の出力までの伝達関数（スピーカ伝達関数）をＰ（ｓ）、制御装置３の入出力伝達関数（制御装置伝達関数）をＣ（ｓ）、制御誤差信号（騒音検出用マイク１の出力信号）をｅとすると、制御誤差信号と騒音の比は（数１）で表される。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
（数１）より開ループ伝達関数Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）が逆位相でかつゲインが大きくなるようにＣ（ｓ）を設計しておけば騒音低減効果が得られる。つまり、幅広い周波数範囲で一様の騒音低減効果を得る場合には、その周波数範囲で開ループ伝達関数のゲインが一定でかつ位相が逆位相になるように制御装置３を設計しておけば良い。その設計方針に基づけば、制御装置３が入力信号に対してスピーカ伝達関数の逆特性処理を行う逆特性補正手段４と位相反転処理を行う反転増幅手段６を持つように設計しておけば良い。
【００３４】
図３は図２で示した構成のうちスピーカ伝達関数ゲイン特性と逆特性補正手段のゲイン特性とスピーカ伝達関数と制御装置３が逆特性補正手段４のみで構成される場合の開ループ伝達関数のゲイン特性を示した図である。図中のｆ０は制御音用スピーカ２の第一次共振周波数であって、ｆ０以下の周波数において制御音用スピーカ２は入力信号が大きい場合、非線形挙動を示すために入力信号に比例した音が出ない。よってｆ０以下の周波数では逆特性補正手段４によって開ループ伝達関数のゲイン特性を平坦化することは困難である。
【００３５】
図４は制御装置３が逆特性補正手段４のみで構成される場合の開ループ伝達関数の位相特性を示した図であり、図５は制御装置３が逆特性補正手段４と反転増幅手段６で構成される場合の開ループ伝達関数の位相特性を示した図である。制御装置３を逆特性補正手段４で構成した場合、位相は平坦にはならない。これは、スピーカの第一次共振の逆特性を補正できないことに加えて、制御音用スピーカ２から騒音検出用マイク１まで音が到達するのに要する時間、あるいは制御音用スピーカ２自身の群遅延に起因するむだ時間要素があるためである。つまり制御音用スピーカ２と騒音検出用マイク１の距離を限りなくゼロに近づき、かつ群遅延の存在しないスピーカを制御音用スピーカ２として用いれば、位相特性は全周波数帯域でゼロとなるが、現実にはそのようなスピーカは存在しない。一方、制御装置３に反転増幅手段６を加えることによって開ループ伝達関数の位相特性はπ［ｒａｄ］ずれるので、フィードバックループを閉じたとき逆位相となるｆ１において騒音が低減する。一般に騒音と逆位相の制御音を干渉させて騒音を低減する能動騒音制御技術では、完全な逆位相の制御音でなくとも逆位相±π／４［ｒａｄ］以内の位相のずれであれば騒音は低減する。従って図５においてｆ２＜ｆ＜ｆ３を満たす周波数において騒音は低減する。しかし、ｆ４では位相が正相となるのでフィードバックループで信号が発振し制御不能に陥る。そこで、制御装置３に高周波成分減衰手段５を加えてｆ４以上の信号を減衰すれば発振を防ぐことが出来る。ただし、高周波成分減衰手段５は高周波成分を減衰させると共に制御装置３の位相を遅らせる特性を持つ。
【００３６】
制御装置３に高周波成分減衰手段５を加えた構成における開ループ伝達関数のゲイン位相特性を図６に示す。高周波成分減衰手段５を加えたことにより、騒音が低減する周波数範囲はｆ６＜ｆ＜ｆ７にシフトする。図７は高周波成分減衰手段５の例として二次ローパスフィルタのカットオフ周波数とゲイン位相特性の関係を示したものである。ローパスフィルタはカットオフ周波数が低いほど位相が遅れ始める周波数も低くなるという特性がある。よって、何らかの方法により高周波成分減衰手段５のカットオフ周波数を変更することで能動騒音制御装置の開ループ伝達関数位相特性を変更する、すなわち制御周波数範囲（図６のｆ６＜ｆ＜ｆ７）を変更することが出来る。
【００３７】
次に、高周波成分減衰手段５のカットオフ周波数を変更する手順について述べる。図２において、カットオフ周波数変更手段７には騒音検出用マイク１の出力信号が入力されている。カットオフ周波数変更手段７は入力される信号の周波数分析を行い騒音のピーク周波数に基づいて高周波成分減衰手段５のカットオフ周波数を入力する。制御装置３を設計したときの制御周波数帯域の中心周波数をｆ０、騒音検出用マイク１から入力される信号のピーク周波数をｆ０＋Δｆとしたとき騒音検出用マイク信号の周波数分析結果を図８に示す。スピーカ伝達関数をＰ、逆特性補正手段４の伝達関数をＣ１、高周波成分減衰手段５の伝達関数をＣ２、カットオフ周波数をｆＣ、反転増幅手段６の伝達関数をＣ３とすると、
【００３８】
【数２】
2005257720.tif 000004
【００３９】
を満足するように、カットオフ周波数変更手段７はＣ２のカットオフ周波数ｆＣを変更する所定の信号を高周波成分減衰手段５に入力する。高周波成分減衰手段５がデジタルフィルタの場合は、カットオフ周波数変更手段７は所定のフィルタ係数を高周波成分減衰手段５に入力する。高周波成分減衰手段５がアナログフィルタの場合は、カットオフ周波数変更手段７はフィルタを構成する半固定抵抗器の抵抗値を変更する信号高周波成分減衰手段５に入力する、もしくは機構的に半固定抵抗値を変更する。図９に、制御周波数帯域の中心周波数がｆ０の場合とｆ０＋Δｆの場合について制御時と非制御時の騒音検出用マイク１の信号すなわち騒音低減効果を示す。
【００４０】
なお、制御装置３及びカットオフ周波数変更手段７は、アナログ回路で実現しても良いし、デジタル回路で実現しても良い。制御装置３をアナログ回路で実現する場合、たとえば高周波成分減衰手段５は図１０に示すような回路で実現できる。図１０で示した高周波成分減衰手段５において、カットオフ周波数ｆＣは次式で定まる。
【００４１】
【数３】
2005257720.tif 000005
【００４２】
（数３）より半固定抵抗器Ｒ２の抵抗値をカットオフ周波数変更手段７によって機構的に変更することにより、高周波成分減衰手段５のカットオフ周波数を所定の周波数に変更することが出来る。カットオフ周波数変更手段７をアナログ回路で実現する場合、入力信号の周波数分析は帯域通過フィルターを複数用いるオクターブ分析を行うことで実現できる。図１１は、カットオフ周波数変更手段７をアナログ回路で実現する場合の構成を示している。入力された騒音信号は、帯域通過フィルターＡ８６と帯域通過フィルターＢ８７と帯域通過フィルターＣ８８に出力され帯域分割される。信号レベル比較部８４では、各帯域通過フィルター８６〜８８の出力信号のレベルを比較して、最もレベルの高い信号を出力したフィルターの通過周波数情報をカットオフ周波数係数算出部８５に入力する。カットオフ周波数係数算出部８５は、通過周波数信号から（数２）と（数３）を用いて高周波成分減衰手段５の処理係数信号を出力する。なお、図１１では帯域通過フィルターは３つ用意しているが、周波数分析の分解能に応じて増やしても良い。
【００４３】
なお、カットオフ周波数変更手段７は、騒音検出用マイク１から入力される騒音信号のみで騒音特性を判別するとは限らない。図１２は、騒音を発生する機器が判明している場合にカットオフ周波数変更手段が騒音発生機器の運転状態に関する情報に基づいて騒音特性を判別し、カットオフ周波数の変更信号を高周波成分減衰手段に入力する能動騒音制御装置である。図１２は、図２で示した構成と比べて騒音発生機器８、騒音発生機器運転状態検出手段９が追加され、カットオフ周波数変更手段７は騒音発生機器運転状態検出手段９から信号が入力される構成である。騒音制御動作は図２で示した構成と同じであるのでカットオフ周波数変更手段７の騒音判別方法について説明する。たとえば、騒音発生機器８が内部に有するモーターの回転によって騒音を発生する場合、図１３に示すように発生騒音はモーター回転数に比例してピークレベルを示す周波数も変動する。そこで、騒音発生機器運転状態検出手段９は、騒音発生機器８の内部のモーター回転数Ｎを検出してカットオフ周波数変更手段７にモーター回転数情報を入力する。一方、カットオフ周波数変更手段７には、あらかじめ（数４）に示すようなモーター回転数Ｎと発生騒音のピーク周波数ｆｍａｘの関係Ｈが保存されている。
【００４４】
【数４】
2005257720.tif 000006
【００４５】
カットオフ周波数変更手段７は、（数２）及び（数４）を用いてカットオフ周波数変更手段７がＣ２のカットオフ周波数ｆＣを変更する所定の信号を高周波成分減衰手段５に入力すれば、騒音がピークレベルを示す周波数について騒音を低減することが出来る。
【００４６】
なお、騒音発生機器８が掃除機あるいは空調機のように、用意されているいくつかの運転モードからユーザーが任意に運転モードを選択できるような機器、あるいは自動的に運転モードが切り替わる機器の場合には、運転モードに応じて発生する騒音特性のピーク周波数がわかっている。図１４は、強モード、中モード、弱モードの３つの運転モードが用意されている騒音発生機器８から発生する騒音特性を示すものである。３つの運転モードに対して、発生する騒音のピーク周波数はｆ１、ｆ２、ｆ３と変化する。騒音発生機器運転状態検出手段９は運転しているモードの種類をカットオフ周波数変更手段７に送る。カットオフ周波数変更手段７にはｆ１、ｆ２、ｆ３に対して（数２）を満足するΔｆ１、Δｆ２、Δｆ３が保存されていて、入力される運転モード情報に応じてΔｆ１、Δｆ２、Δｆ３を高周波成分減衰手段５に入力するだけで良い。
【００４７】
なお、図１５に示すように騒音検出用マイク１もしくは騒音発生機器運転状態検出手段９の出力信号をカットオフ周波数変更手段７に入力しない構成でも良い。図１５に示した構成では、能動騒音制御装置を騒音環境に設置するユーザーがカットオフ周波数変更手段７を入力インターフェイスとしてを高周波成分減衰手段５のカットオフ周波数を変更することにより、任意に騒音制御周波数を変更することが出来る。
【００４８】
なお、図１６に示すように能動騒音制御装置を複数個組み合わせて用いる場合にカットオフ周波数変更手段７を共通化する構成でも良い。図１６に示した構成では、カットオフ周波数変更手段７は騒音検出用マイク１ａの出力信号を用いて先に説明した方法に基づいて算出した制御装置３ａを構成する高周波成分減衰手段のカットオフ周波数を出力する。制御装置３ａを構成する高周波成分減衰手段は入力されるカットオフ周波数信号に基づき継続的に騒音を低減できるように制御特性が更新される。このカットオフ周波数信号は制御装置３ｂ〜３ｎにも入力されて、制御装置３ａの場合と同様に高周波成分減衰手段は適当なカットオフ周波数に更新される。このような構成を用いれば、複数の能動騒音制御装置を用いるにも関わらず、カットオフ周波数変更手段７は一つのみ用意すれば良く、回路規模を低減することが可能となる。
【００４９】
以上の動作により、騒音の周波数特性の変動に追従して能動騒音制御装置の処理特性を自動的に変更し、様々な周波数の騒音に対して低減効果を得ることが出来る。
【００５０】
（実施の形態２）
図１７は、実施の形態２における能動騒音制御装置である。図１７は、能動騒音制御装置を安定かつ騒音低減効果を得る動作をさせるように反転増幅手段の増幅率を常に適正な値に保つことが出来る能動騒音制御装置である。図１７は、図２で示した構成と比べてカットオフ周波数変更手段が無く、フィードバックゲイン変更手段１０が追加され、フィードバックゲイン変更手段１０は騒音検出用マイク１から信号が入力されて反転増幅手段６にゲイン設定信号を出力する構成である。騒音制御の基本動作は図２で示した構成と同じであるのでフィードバックゲイン変更手段１０の動作について説明する。図１８は、フィードバックゲイン変更手段１０が反転増幅手段６に入力するゲイン設定信号の計算アルゴリズムを示したものである。
【００５１】
まず、能動騒音制御装置は制御装置３には電力を供給しない、つまり制御動作は行わずに騒音検出用マイク１とフィードバックゲイン変更手段１０のみに電力が供給される（スタート）。騒音検出用マイク１で検出された騒音信号はフィードバックゲイン変更手段１０に入力されてパワースペクトルＳｏｆｆが計算される。Ｓｏｆｆはフィードバックゲイン変更手段１０にあるメモリに保存される。次に制御装置３に電力が供給され制御動作が開始する。フィードバックゲイン変更手段１０は騒音検出用マイク１から入力される騒音信号のパワースペクトルＳｏｎ、メモリに保存されたＳｏｆｆとの差分スペクトルＳｏｆｆ−Ｓｏｎ、差分スペクトルＳｏｆｆ−Ｓｏｎのうち最大値と最小値が計算される。Ｓｏｎ、Ｓｏｆｆ、Ｓｏｆｆ−Ｓｏｎを図１９に示した。このとき｜最大値｜≦｜最小値｜の場合は、能動騒音制御装置が不安定発振したと見なされて制御装置３への電力供給が停止される。その時点での反転増幅手段６の増幅率をＧｎとしたとき、フィードバックゲイン変更手段１０は
【００５２】
【数５】
2005257720.tif 000007
【００５３】
を新たな増幅率としてゲイン設定信号を反転増幅手段６に入力した後、再び制御装置３への電力供給が開始する。Δｇ１（＞０）は任意に設計可能であるが、小さすぎると不安定発振が改善されない。一方、｜最大値｜＞｜最小値｜の場合は、最大値と所望の騒音低減量ａとの大小を比較される。このとき最大値≧ａの場合は騒音低減効果が制御仕様を満たしていると見なされて、フィードバックゲイン変更手段１０はゲイン設定信号を反転増幅手段６に入力せず、そのまま制御動作が続行される。一方、最大値＜ａの場合は、
【００５４】
【数６】
2005257720.tif 000008
【００５５】
を新たな増幅率として、フィードバックゲイン変更手段１０はゲイン設定信号を信号反転増幅手段６に入力する。Δｇ２（＞０）は任意に設計可能であるが、大きすぎると不安定発振を生じる。その後、再び騒音信号の周波数特性Ｓｏｎ、Ｓｏｆｆ−Ｓｏｎ、Ｓｏｆｆ−Ｓｏｎの最大値と最小値が計算される。｜最大値｜≦｜最小値｜の場合は、制御装置３への電力供給が停止された後、
【００５６】
【数７】
2005257720.tif 000009
【００５７】
を新たな増幅率として、フィードバックゲイン変更手段１０はゲイン設定信号を反転増幅手段６に入力する。Δｇ３（＞０）は任意に設計可能であるが、小さすぎると不安定発振が改善されない。ここでＧｎ−１はその時点での増幅率Ｇｎへ変更される前に反転増幅手段６に設定されていた増幅率を示す。その後、再び制御装置３への電力供給が開始し、Ｓｏｎが計算される。一方、｜最大値｜＞｜最小値｜の場合は、再び騒音低減効果が制御仕様を満たすか判別するステップに進む。
【００５８】
以上の計算アルゴリズムによって、図１７で示した能動騒音制御装置は安定かつ騒音低減効果を得る動作をさせるように反転増幅手段の増幅率を常に適正な値に保つことが出来る。
【００５９】
なお、図１７で示した能動騒音制御装置において反転増幅手段は、たとえば図２０のような回路構成で実現できる。図２０のアナログ増幅器において入力信号Ｖ１に対する出力信号Ｖ２の増幅率は次式で表される。
【００６０】
【数８】
2005257720.tif 000010
【００６１】
（数８）より半固定抵抗器Ｒ２を調節することで増幅率を連続的に調節することができる。
【００６２】
なお、図１８で示したゲイン設定信号の計算アルゴリズムのうち能動騒音制御装置安定判別部を安定判別手段として用いる、図２１に示したような構成によってユーザーが能動騒音制御装置の安定性を目視できると同時に不安定発振の状態に陥ったときには自動的に制御動作を停止することが可能となる。図２１は図１７で示した能動騒音制御装置のうちフィードバックゲイン変更手段１０を削除し、安定判別手段７５と判別結果表示手段７６を加えた構成である。騒音制御の基本動作は図２に示した構成と同じであり安定判別手段７５は図２２に示したアルゴリズムに従って能動騒音制御装置の安定判別を行い、その判別結果に基づいて、制御装置の制御ＯＮと制御ＯＦＦを制御する。判別結果は判別結果表示手段７６に入力され、ＬＥＤ等の表示手段によってユーザーが確認できる。
【００６３】
なお、図１７で示した能動騒音制御装置はフィードバックゲイン変更手段１０によって反転増幅手段６の増幅率は連続的に可変であると説明したが、所定の増幅率を実現する増幅回路を複数用意しておき、フィードバックゲイン変更手段１０によって増幅率を自動選択する、あるいはユーザーが任意に選択することも可能である。
【００６４】
なお、図２３で示すように能動騒音制御装置を複数個組み合わせて用いる場合にフィードバックゲイン変更手段１０を共通化する構成でも良い。図２３の構成において、各能動騒音制御装置を構成する騒音検出用マイク１ａ〜１ｎの出力信号はフィードバックゲイン変更手段１０に入力される。フィードバックゲイン変更手段１０は入力される信号のうち最大レベルを示す信号に関して、先に説明したアルゴリズムに基づいて安定判別を行い継続的に騒音低減効果を得るよう適正なフィードバックゲインが維持される。この動作によって、常に騒音信号レベルが大きい能動騒音制御装置について安定性が保たれるので、他の能動騒音制御装置への発振音の干渉が抑制され、能動騒音制御装置を複数用いた全体システムの安定性が向上する。
【００６５】
（実施の形態３）
図２４は、実施の形態３における能動騒音制御装置である。図２４は、能動騒音制御装置を安定かつ騒音低減効果を得る動作をさせるために、スピーカ伝達関数の変動に応じて制御装置の伝達関数を変更し所定の周波数範囲において開ループ伝達関数のゲイン平坦性を保持する能動騒音制御装置である。図２４は、図２で示した構成と比べて逆特性補正手段が無く、所定の周波数範囲毎の逆特性補正手段及びその補正係数を変更する手段である第１逆特性補正手段４１及び第１補正係数変更手段７１と第２逆特性補正手段４２及び第２補正係数変更手段７２と第３逆特性補正手段４３及び第３補正係数変更手段７３と制御装置入力切替装置１１と信号発生装置１２と伝達関数計算装置１３が追加された構成である。以下、図２４で示した構成の動作を説明する。
【００６６】
能動騒音制御装置は、制御装置入力切替装置１１の信号入出力設定によって２つの動作モードが存在する。はじめに制御装置入力切替装置１１内部の３端子（１，２，３）のうち１と３が接続されて騒音検出用マイク１から入力される信号を制御装置３へ入力する場合について説明する。騒音検出用マイク１で検出される騒音信号は制御装置入力切替装置１１を経て制御装置３と伝達関数計算装置１３に入力される。制御装置３に入力される信号は第１逆特性補正手段４１と第２逆特性補正手段４２と第３逆特性補正手段４３と高周波成分減衰手段５と反転増幅手段６で処理され騒音を減衰させるような制御信号に補正される。制御信号は制御音スピーカ２に入力されて制御音として放射され騒音と干渉する。
【００６７】
図２５に能動騒音制御装置のスピーカ伝達関数ゲイン特性と、第１逆特性補正手段４１と第２逆特性補正手段４２と第３逆特性補正手段４３の伝達関数ゲイン特性を示す。第１逆特性補正手段４１はスピーカ伝達関数ゲイン特性のピークディップのうち周波数ｆ０のピーク特性の逆特性を実現するように設計されている。同様に第２逆特性補正手段４２、第３逆特性補正手段４３は、スピーカ伝達関数ゲイン特性のピークディップのうち周波数ｆ１、ｆ２のピークディップ特性の逆特性を実現するように設計されている。つまり図２で示した能動騒音制御装置における逆特性補正手段４と同様に、これら各逆特性補正手段４１〜４３によって所定の周波数範囲において開ループ伝達関数のゲイン特性が平坦に補正される。また、高周波成分減衰手段５は高周波において開ループ伝達関数の位相が正相になる周波数成分を減衰するようにカットオフ周波数が設計されている。反転増幅手段６は、能動騒音制御装置が不安定発振しないように適切にゲイン設計されている。一方、伝達関数計算装置１３にも騒音検出用マイク１から騒音信号が入力されている。伝達関数計算装置１３は、騒音信号の周波数分析を行い、その分析結果をカットオフ周波数変更手段７に入力する。カットオフ周波数変更手段７は、入力された騒音信号の周波数特性に基づいて、実施の形態１での説明と同様に騒音がピークを示す周波数において騒音を低減するように高周波成分減衰手段５のカットオフ周波数を変更する。
【００６８】
次に、制御装置入力切替装置１１内部の３端子（１、２、３）のうち１と２が接続されて信号発生装置１２から入力される信号を制御装置３へ入力する場合について説明する。信号発生装置１２はホワイトノイズ等の広帯域信号を出力し、制御装置入力切替装置１１と伝達関数計算装置１３に入力される。制御装置入力切替装置１１に入力される広帯域信号は制御装置３で各逆特性補正手段４１〜４３と高周波成分減衰手段５と反転増幅手段６で処理され制御音用スピーカ２に入力される。騒音検出用マイク１は制御音用スピーカ２から放射された広帯域処理信号を検出して伝達関数計算装置１３に入力する。伝達関数計算装置１３は、信号発生装置１２から入力される信号と騒音検出用マイク１から入力される信号をもとに制御装置３の入力から騒音検出用マイク１の出力までの伝達関数、すなわち能動騒音制御装置の開ループ伝達関数を計算する。図２６に、能動騒音制御装置のスピーカ伝達関数ゲイン特性と制御装置３の伝達関数ゲイン特性、計測開ループ特性と設計開ループ特性、計測開ループ特性と設計開ループ特性の差を示す。ここで、設計開ループ特性とはスピーカ伝達関数と制御装置伝達関数から求まる制御装置設計時の開ループ伝達関数ゲイン特性を示し、計測開ループ特性とは計測された開ループ伝達関数ゲイン特性を示す。伝達関数計算装置１３はあらかじめ保存された設計開ループ特性と計測開ループ特性の差を計算する。計測開ループ特性は、デバイス特性の経年変化や制御音用スピーカ２から騒音検出用マイク１までの音響伝達特性の経年変化等の影響によって設計開ループ特性とは異なる特性に変動する。あるいは同一設計の能動騒音制御装置を複数個使用する場合、構成部品特性のばらつき等によって各装置の開ループ特性に差が生じる。伝達関数計算装置１３は計算した開ループ特性差に関する情報を各補正係数変更手段７１〜７３に入力する。各補正係数変更手段７１〜７３は、入力された開ループ特性差に基づいて開ループ特性差が無くなる様に各逆特性補正手段４１〜４３に係数変更信号を入力する。以下に、図２６で示した開ループ特性差を無くすための各補正係数変更手段７１〜７３と各逆特性補正手段４１〜４３の動作を説明する。
【００６９】
図２６では、周波数ｆ０のピークディップ逆特性補正に僅かな誤差があるためゲイン差αｄＢ、周波数βＨｚの開ループ特性差が生じていることを示している。このとき各補正係数変更手段７１〜７３には、開ループ特性差情報行列
【００７０】
【数９】
2005257720.tif 000011
【００７１】
が入力される。同様に、たとえば周波数ｆ１のピークディップ逆特性補正に誤差がある場合はΔＨの２列目に誤差情報が入る。第１補正係数変更手段７１は次の（数１０）、第２補正係数変更手段７２は次の（数１１）、第３補正係数変更手段７３は次の（数１２）に従って係数変更ベクトルΔＣを決定する。
【００７２】
【数１０】
2005257720.tif 000012
【００７３】
【数１１】
2005257720.tif 000013
【００７４】
【数１２】
2005257720.tif 000014
【００７５】
各補正係数変更手段７１〜７３は、伝達関数計算装置から入力される係数変更ベクトルΔＣに従って、各逆特性補正手段４１〜４３の処理係数を変更する。図２７は、第１補正係数変更手段７１と第１逆特性補正手段４１の信号入出力関係を示している。第１逆特性補正手段４１において、制御装置入力切替装置１１から入力された信号は加算器１６と帯域通過フィルター１４に入力される。帯域通過フィルター１４で処理された信号は増幅器１５で処理された後、加算器１６に入力されて制御装置入力切替装置１１の出力信号と加算処理される。また、帯域通過フィルター１４と増幅器１５には第１補正係数変更手段７１から処理係数を変更するための信号が入力されている。
【００７６】
次に第１逆特性補正手段４１の処理係数変更方法を説明する。（数９）及び（数１０）より、第１補正係数変更手段７１は第１逆特性補正手段４１の特性を−ΔＣ＝［−αｄＢ  −βＨｚ］だけ変更する。第１逆特性補正手段４１を構成する帯域通過フィルター１４は、たとえば図２８で示した回路構成で実現できる。また、増幅器１５は、たとえば実施の形態２で説明した図２０のアナログ増幅器と同様の回路で実現できる。図２８で示したアナログ帯域通過フィルター１４において通過帯域の中心周波数は次式で表される。
【００７７】
【数１３】
2005257720.tif 000015
【００７８】
増幅器１５の特性を−αｄＢ変更するときの図２０における半固定抵抗器Ｒ２の変動量ΔＲ２は、（数８）より次式を満足する。
【００７９】
【数１４】
2005257720.tif 000016
【００８０】
（数１４）を変形して次式を得る。
【００８１】
【数１５】
2005257720.tif 000017
【００８２】
帯域通過フィルター１４の中心周波数を−βＨｚ変更するときの半固定抵抗器Ｒ５の変動量ΔＲ５は、（数１３）より次式を満足する。
【００８３】
【数１６】
2005257720.tif 000018
【００８４】
（数１５）、（数１６）を満足する半固定抵抗値変動ΔＲ２、ΔＲ５を、それぞれ増幅器１５の半固定抵抗器Ｒ２と帯域通過フィルター１４の半固定抵抗器Ｒ５に与えれば、現在の開ループ特性と設計開ループ特性の差を無くすことが出来る。半固定抵抗器の抵抗値を変える方法としては、たとえば変更値に基づいて機構的に半固定つまみを回転させる方法がある。このようにして第１逆特性補正手段４１の伝達関数ゲイン特性を変更した結果を図２９に示す。
【００８５】
以上の説明した動作によって、図２４に示した能動騒音制御装置は、開ループ伝達関数が設計時の伝達関数に補正される機能を持つので設計時の制御性能が維持される。
【００８６】
なお、制御装置入力切替装置１１の端子は、ユーザーによって任意に切り替えても自動的に切り替えても良い。ただし、３端子（１、２、３）のうち１と２を接続して開ループ特性差補正の動作をさせるとき、騒音が有ると騒音検出用マイク１は制御音用スピーカ２から放射された音に加えて騒音も検出するので伝達関数計算装置１３に入力する信号のＳＮが悪くなって正確な開ループ伝達関数を計算できない。そこで、図３０のフローに示すように騒音検出用マイク１の出力信号レベルと所定の信号レベルＮ０との大小によって制御装置入力切替装置１１の端子接続を自動的に切り替える構成にしておけば、開ループ特性差補正の動作時に正確な開ループ伝達関数に基づいて開ループ特性差を確実に低減することが出来るので、継続的に騒音低減効果を得ることが出来る。
【００８７】
なお、図３１に示すように各補正係数変更手段７１〜７３の出力信号を各逆特性補正手段４１〜４３に入力しない構成でも良い。図３１に示した構成では、伝達関数計算装置１３で計算された開ループ特性差情報を入力するディスプレイ７４が追加されている。ディスプレイ７４には入力された情報に基づいて開ループ特性差が表示される。ユーザーは、ディスプレイ７４に表示される開ループ特性差がゼロになるように各補正係数変更手段７１〜７３を入力インターフェイスとして各逆特性補正手段４１〜４３の特性を変更することによって、継続的に騒音低減効果を得ることが出来る。
【００８８】
また、図３２に示すようにカットオフ周波数変更手段７を削除しフィードバックゲイン変更手段１０を加えて、伝達関数計算装置１３の出力信号を各補正係数変更手段７１〜７３とフィードバックゲイン変更手段１０に入力しフィードバックゲイン変更手段１０の出力信号を反転増幅手段６に入力する構成にすれば、能動騒音制御装置の開ループ特性差を抑制すると共に、不安定発振しないように継続的に安定動作させることが可能である。もちろん、カットオフ周波数変更手段を削除せず、伝達関数計算装置１３の出力信号を各補正係数変更手段７１〜７３とカットオフ周波数変更手段７とフィードバックゲイン変更手段１０に入力して、カットオフ周波数変更手段７の出力信号を高周波成分減衰手段５に入力しフィードバックゲイン変更手段１０の出力信号を反転増幅手段６に入力する構成にすれば、能動騒音制御装置が不安定発振しないように継続的に安定動作させると共に、騒音レベルがピークを示す周波数において騒音を低減することが可能となる。
【００８９】
なお、図２４の構成では、逆特性補正手段と補正係数変更手段がそれぞれ３つずつあるが、必ずしも３つずつである必要は無い。
【００９０】
なお、図３３に示すように能動騒音制御装置を複数個組み合わせて用いる場合にカットオフ周波数変更手段７と信号発生装置１２と伝達関数計算装置１３と第１〜第３補正係数変更手段７１〜７３を共通化する構成でも良い。図３３に示す構成は、図２４に示した能動騒音制御装置を２つ組み合わせて用いる構成であり、一方の能動騒音制御装置のカットオフ周波数変更手段７と信号発生装置１２と伝達関数計算装置１３と第１〜第３補正係数変更手段７１〜７３を除き、各騒音検出用マイクの出力信号を入力する伝達関数計算装置入力切替装置７７と各伝達関数計算装置入力切替装置の出力信号を入力する加算器７８と第１〜第３補正係数変更手段７１〜７３の出力信号を入力する第１補正係数変更手段出力切替装置８１ａ、８１ｂと第２補正係数変更手段出力切替装置８２ａ、８２ｂと第３補正係数変更手段出力切替装置８３ａ、８３ｂとを加えた構成である。
【００９１】
まず、伝達関数計測モード時の入出力関係について説明する。騒音検出用マイク１ｂと制御音用スピーカ２ｂと制御装置３ｂからなる騒音制御装置（以下、能動騒音制御装置Ｂ）の伝達関数を計測する場合、伝達関数計算装置入力切替装置７７ｂは騒音検出用マイク１ｂの出力信号を加算器７８に入力する。制御装置入力切替装置１１ｂは信号発生装置１２の出力信号を制御装置３ｂに入力する。そして、第１〜第３補正係数変更手段出力切替装置８１ｂ〜８３ｂは第１補正係数変更手段７１〜７３の出力信号を第１〜第３逆特性補正手段４１ｂ〜４３ｂに入力する。一方、騒音検出用マイク１ａと制御音用スピーカ２ａと制御装置３ａからなる騒音制御装置（以下、能動騒音制御装置Ａ）は動作しない。このとき、信号発生装置１２はホワイトノイズ等の広帯域信号を伝達関数計算装置１３と制御装置入力切替装置１１ａ、１１ｂに入力する。伝達関数計算装置１３は信号発生装置１２から入力される信号と加算器７８から入力される信号から能動騒音制御装置Ｂの伝達関数を計算し、第１〜第３補正係数変更手段７１〜７３に（数８）で表される開ループ特性差情報行列を入力する。第１〜第３補正係数変更手段出力切替装置８１ｂ〜８３ｂは開ループ特性差情報行列を用い先に説明した方法に基づいて、能動騒音制御装置Ｂに関して設計時の開ループ特性との差が無くなる様に第１〜第３逆特性補正手段４１ｂ〜４３ｂの処理係数を変更する。
【００９２】
次に、制御動作時の入出力関係について説明する。制御装置入力切替装置１１ａ、１１ｂは騒音検出用マイク１ａ、１ｂの出力信号を制御装置３ａ、３ｂに入力する。伝達関数計算装置入力切替装置７７ａ、７７ｂは騒音検出用マイク１ａ、１ｂの出力信号を加算器７８に入力する。加算器７８は伝達関数計算装置入力切替装置７７ａ、７７ｂの出力信号を伝達関数計算装置１３に入力する。伝達関数計算装置１３は単に入力信号の周波数分析器として動作し、加算器の出力信号の周波数分析を行い、実施の形態１での説明と同様に騒音がピークを示す周波数において騒音を低減するように高周波成分減衰手段５ａ、５ｂのカットオフ周波数を変更する。このとき第１〜第３補正係数変更手段出力切替装置８１ａ〜８３ａ、８１ｂ〜８３ｂは内部の３端子（１、２、３）のうち１と３が接続されて第１〜第３逆特性補正手段４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂには信号を入力しない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上のように、本発明に係る能動騒音制御装置は、騒音特性やスピーカ伝達関数の変動に追従して制御処理特性を自動的に変更し、継続して騒音低減を得ること等を目的として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】従来のフィードバック型能動騒音制御装置を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における能動騒音制御装置を示す図
【図３】スピーカ伝達関数ゲイン特性と逆特性補正手段ゲイン特性による補正後の開ループ伝達関数ゲイン特性を示す図
【図４】制御装置が逆特性補正手段のみで構成される場合の開ループ伝達関数位相特性を示す図
【図５】制御装置が逆特性補正手段と反転増幅手段で構成される場合の開ループ伝達関数位相特性を示す図
【図６】制御装置が逆特性補正手段と反転増幅手段と高周波成分減衰手段で構成される場合の開ループ伝達関数特性を示す図
【図７】高周波成分減衰手段の特性を示す図
【図８】騒音検出用マイク信号の周波数分析結果を示す図
【図９】騒音低減効果を示す図
【図１０】高周波成分減衰手段を実現するアナログ回路を示す図
【図１１】本発明の実施の形態１において、カットオフ周波数変更手段をアナログ回路で実現する場合の構成を示す図
【図１２】本発明の実施の形態１において、騒音発生機器運転状態を参照して高周波成分減衰手段カットオフ周波数を変更する場合の能動騒音制御装置を示す図
【図１３】騒音発生モーター回転数と騒音特性の関係を示す図
【図１４】騒音発生機器運転モードと騒音特性の関係を示す図
【図１５】本発明の実施の形態１において、ユーザーが任意に高周波成分減衰手段カットオフ周波数を変更する場合の能動騒音制御装置を示す図
【図１６】本発明の実施の形態１において、能動騒音制御装置を複数組み合わせて用いる際に、カットオフ周波数変更手段を共通化する場合の構成を示す図
【図１７】本発明の実施の形態２における能動騒音制御装置を示す図
【図１８】フィードバックゲイン設定信号の計算アルゴリズムを示す図
【図１９】騒音信号のパワースペクトルを示す図
【図２０】反転増幅手段を実現するアナログ回路を示す図
【図２１】本発明の実施の形態２において、安定判別手段及び判別結果表示手段を備える場合の能動騒音制御装置を示す図
【図２２】安定判別アルゴリズムを示す図
【図２３】本発明の実施の形態２において、能動騒音制御装置を複数組み合わせて用いる際に、フィードバックゲイン変更手段を共通化する場合の構成を示す図
【図２４】本発明の実施の形態３における能動騒音制御装置を示す図
【図２５】第１〜第３逆特性補正手段のゲイン特性を示す図
【図２６】計測した開ループゲイン特性と制御装置設計時の開ループゲイン特性の差を示す図
【図２７】第１補正係数変更手段と第１逆特性補正手段の信号入出力関係を示す図
【図２８】帯域通過フィルターを実現するアナログ回路を示す図
【図２９】第１補正係数変更手段によって変更した第１逆特性補正手段の特性を示す図
【図３０】制御装置入力切替装置の端子接続切替アルゴリズムを示す図
【図３１】本発明の実施の形態３において、ユーザーが任意に逆特性補正手段特性を変更する場合の能動騒音制御装置を示す図
【図３２】本発明の実施の形態３において、制御装置が安定に動作するようフィードバックゲインを適正に維持する場合の能動騒音制御装置を示す図
【図３３】本発明の実施の形態３において、能動騒音制御装置を複数組み合わせて用いる際に、信号発生装置と伝達関数計算装置と第１〜第３補正係数変更手段を共通化する場合の構成を示す図
【符号の説明】
【００９５】
１，１ａ〜１ｎ    騒音検出用マイク
２，２ａ〜２ｎ    制御音用スピーカ
３，３ａ〜３ｎ    制御装置
４    逆特性補正手段
５，５ａ，５ｂ    高周波成分減衰手段
６，６ａ，６ｂ    反転増幅手段
７    カットオフ周波数変更手段
８    騒音発生機器
９    騒音発生機器運転状態検出手段
１０    フィードバックゲイン変更手段
１１，１１ａ，１１ｂ    制御装置入力切替装置
１２    信号発生装置
１３    伝達関数計算装置
１４    帯域通過フィルター
１５    増幅器
１６    加算器
３０    ダクト
３１    騒音源
３２    誤差検知部
３３    二次音生成フィルタ
３４    二次音放射スピーカ
３５    定倍信号処理部
３６    反転部
３７    逆特性信号処理部
３８    低周波数域通過信号処理部
４１，４１ａ，４１ｂ    第１逆特性補正手段
４２，４２ａ，４２ｂ    第２逆特性補正手段
４３，４３ａ，４３ｂ    第３逆特性補正手段
７１    第１補正係数変更手段
７２    第２補正係数変更手段
７３    第３補正係数変更手段
７４    ディスプレイ
７５    安定判別手段
７６    判別結果表示手段
７７ａ，７７ｂ    伝達関数計算装置入力切替装置
７８    加算器
８１ａ，８１ｂ    第１補正係数変更手段出力切替装置
８２ａ，８２ｂ    第２補正係数変更手段出力切替装置
８３ａ，８３ｂ    第３補正係数変更手段出力切替装置
８４    信号レベル比較部
８５    カットオフ周波数係数算出部
８６    帯域通過フィルターＡ
８７    帯域通過フィルターＢ
８８    帯域通過フィルターＣ
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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