(57)【要約】本発明は、電子コントローラ（１７）と、音響センサ（１３、１４）と、音響出力デバイス（１６）とを備える音響雑音低減装置の構成に係る。コントローラは、センサ（１３、１４）と出力デバイス（１６）とに接続される。出力デバイスは、ガスフローの変動のために、音響源（１５）によって、それぞれ、音響波（ｐ＋）と、音響源（１５）に向かって伝播する反射音響波（ｐ−）を含む発振が生成されるエンクロージャ内に配置される。音響センサ（１３、１４）は、音響源（１５）と出力デバイス（１６）との間に配置され、音響波（ｐ＋）と（ｐ−）を含む音響波場から信号（ｓ１、ｓ２）を測定する。電子コントローラ（１７）は、これらセンサ（１３、１４）からセンサ信号（ｓ１、ｓ２）を受信し、推定音響波（ｗ＋とｗ−）の特性に基づいて訂正信号（１８）を計算及び生成し、この訂正信号（１８）を出力デバイス（１６）に、音響波（ｐ−）を能動的に最小化するために送信するように構成される。
2004529376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子コントローラ（１７）と、少なくとも一つの音響センサ（１３）と、音響出力デバイス（１６）とを備える音響雑音低減装置であって、前記電子コントローラ（１７）が、フローシステム（１１）内の音響源（１５）に起因する発振を低減するように構成され、この音響源（１５）が、音響源（１５）から遠ざかる方向に伝播する音響波（ｐ＋）と、この音響波（ｐ＋）の反射によって生成され、音響源（１５）に向かって伝播する反射音響波（ｐ−）とから成る音響波場を生成し、
前記雑音低減装置が少なくとも２つの音響センサ（１３、１４）を備え、
これら少なくとも２つのセンサ（１３、１４）と前記音響出力デバイス（１６）とがエンクロージャ（１０）内に配置され、
前記少なくとも２つの音響センサ（１３、１４）が、前記音響源（１５）と前記音響出力デバイス（１６）との間に配置され、前記音響波場を測定するように構成され、
前記電子コントローラ（１７）が
前記少なくとも２つのセンサ（１３、１４）からセンサ信号（ｓ１、ｓ２）を受信し、
前記測定されたセンサ信号（ｓ１、ｓ２）の特性に基づいて訂正信号（１８）を計算及び生成し、
前記訂正信号（１８）を前記出力デバイス（１６）に、前記出力デバイス（１６）によって前記反射音響波（ｐ−）を最小化するために送信する
ことを遂行するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電子コントローラ（１７）が前記測定されたセンサ信号（ｓ１、ｓ２）の特性から前記推定音響波（ｗ＋）と推定反射音響波（ｗ−）を決定することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電子コントローラ（１７）が確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）によって適応化される係数を有する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）コントローラ（１９）を備えることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記電子コントローラ（１７）が前記訂正信号（１８）を推定音響波（ｗ＋）を入力として受信する前記適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ（１９）の出力として計算及び生成し、前記確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）が前記推定反射音響波（ｗ−）をエラー信号入力として受信することを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記電子コントローラ（１７）が前記確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）内で予測エラー更新規則を用いるように構成されることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
電子コントローラ（１７）と、少なくとも一つの音響センサ（１３）と、音響出力デバイス（１６）とを備える音響雑音低減装置を制御する方法であって、前記電子コントローラ（１７）が、フローシステム（１１）内の音響源（１５）に起因する発振を低減するように構成され、この音響源（１５）が、音響源（１５）から遠ざかる方向に伝播する音響波（ｐ＋）と、この音響波（ｐ＋）の反射によって生成され、音響源（１５）に向かって伝播する反射音響波（ｐ−）とから成る音響波場を生成し、
この方法が
前記音響源（１５）と前記音響出力デバイス（１６）との間に配置された少なくとも２つのセンサ（１３、１４）によって前記音響波場を測定するステップと、
前記電子コントローラ（１７）によって前記少なくとも２つのセンサ（１３、１４）からセンサ信号（ｓ１、ｓ２）を受信するステップと、
前記電子コントローラ（１７）によって前記測定されたセンサ信号（ｓ１、ｓ２）の特性に基づいて訂正信号（１８）を計算及び生成するステップと、
前記電子コントローラ（１７）によって前記訂正信号（１８）を前記音響出力デバイス（１６）に、前記音響出力デバイス（１６）によって前記反射音響波（ｐ−）を最小化するために送信するステップと、
を遂行することを特徴とする方法。
【請求項７】
前記測定されたセンサ信号（ｓ１、ｓ２）の特性から推定音響波（ｗ＋）と推定反射音響波（ｗ−）を決定するステップを含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記訂正信号（１８）を確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）によって適応化される係数を有する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）コントローラ（１９）の出力として計算するステップを含むことを特徴とする請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記訂正信号（１８）を前記推定音響波（ｗ＋）を入力として受信する前記適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ（１９）の出力として計算及び生成するステップを含み、前記確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）が前記推定反射音響波（ｗ−）をエラー信号入力として受信することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）内で予測エラー更新規則を用いるステップを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれかに記載の音響雑音低減装置と、一つ或いは複数のガスフローの変動に起因して前記音響波（ｐ＋）を生成する音響源（１５）がその内部に形成されるフロー構成とを含む装置。
【請求項１２】
前記装置が燃焼システム（６８）から成ることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記装置が配管システム（２１）から成ることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
電子コントローラ（１７）と、少なくとも一つの音響センサ（１３）と、音響出力デバイス（１６）とを備える音響雑音低減装置の処理手段（４１、４７）にロードされるべきコンピュータプログラム製品であって、前記電子コントローラ（１７）が、フローシステム（１１）内の音響源（１５）に起因する発振を低減するように構成され、この音響源（１５）が、音響源（１５）から遠ざかる方向に伝播する音響波（ｐ＋）と、この音響波（ｐ＋）の反射によって生成され、音響源（１５）に向かって伝播する反射音響波（ｐ−）とから成る音響波場を生成し、
このコンピュータプログラムがロードされた場合、前記音響雑音低減装置に対して、
前記音響源（１５）と前記音響出力デバイス（１６）との間に配置された少なくとも２つのセンサ（１３、１４）が前記音響波場を測定し、
前記電子コントローラ（１７）が前記少なくとも２つのセンサ（１３、１４）からセンサ信号（ｓ１、ｓ２）を受信し、
前記電子コントローラ（１７）が前記測定されたセンサ信号（ｓ１、ｓ２）の特性に基づいて訂正信号（１８）を計算及び生成し、
前記電子コントローラ（１７）が前記訂正信号（１８）を前記音響出力デバイス（１６）に、前記音響出力デバイス（１６）によって前記反射音響波（ｐ−）を最小化するために送信する、
能力を付与するように構成されることを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
前記コンピュータプログラムが前記電子コントローラ（１７）に対して、前記測定されたセンサ信号（ｓ１、ｓ２）の特性から推定音響波（ｗ＋）と推定反射音響波（ｗ−）を決定する能力を付与するように構成されることを特徴とする請求項１４記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
前記コンピュータプログラムが前記電子コントローラ（１７）に対して、前記訂正信号（１８）を確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）によって適応化される係数を有する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）コントローラ（１９）の出力として計算する能力を付与するように構成されることを特徴とする請求項１４或いは１５記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１７】
前記コンピュータプログラムが前記電子コントローラ（１７）に対して、前記推定音響波（ｗ＋）を入力として受信する前記適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ（１９）の出力として前記訂正信号（１８）を計算及び生成する能力を付与するように構成され、前記確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）が前記推定反射音響波（ｗ−）をエラー信号入力として受信することを特徴とする請求項１６記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１８】
前記コンピュータプログラムが前記電子コントローラ（１７）に対して、前記確率的勾配アルゴリズムフィルタ（２０）内で予測エラー更新規則を用いる能力を付与するように構成されることを特徴とする請求項１７記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１９】
請求項１４から１８のいずれかに記載のコンピュータプログラム製品を含むデータキャリア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、電子コントローラと、少なくとも一つの音響センサと、音響出力デバイスとを備える音響雑音低減装置の構成に係る。電子コントローラは、フローシステム内の音響源に起因する発振を低減するように構成され、この音響源は、音響源から遠ざかる方向に伝播する音響波ｐ＋と、この音響波ｐ＋の反射によって生成され、音響源１５に向かって伝播する反射音響波ｐ−とから成る音響波場を生成する。
【０００２】
従来の技術
ガス媒体用のフローシステムにおいては、ガスの輸送は周囲環境から隔離された制限された空間を通じて行われる。しばしば、ガスフローは、熱フローが生成される燃焼過程と結合される。このような閉じた燃焼システムにおいては、フローの状態は、生来的に不安定であることが知られている。一方のフローの変動は他方のフローに影響を及ぼす。例えば、ガスフローのために、熱フローの変動が発生し、この結果、ガスの密度が局所的に変化し、ガスフローの変動が再び誘発される。この現象は、自己増幅（ｓｅｌｆ−ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）し、ガスフローと熱フローの変動の間の共振に起因してシステム内に音響源（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｏｕｒｃｅ）を発生させる。音響共振（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の発生については、例えば、当業者において周知のＲｉｊｉｋｅチューブと呼ばれるシステムによって良く説明できる。このチューブにおいては、ガスフローは加熱されたグリッド内を通過する。ガスフローと熱フローの変動のために、ある周波数の音（ｓｏｕｎｄ）がチューブ内に生成される。
【０００３】
フローシステム内の発振（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ）は、ガスと熱のフローが結合されるようなシステムに制限されるものではない。例えば、高い（乱流）ガスフローを伴う配管システム（ｐｉｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）においても、ガスフローと音響共振との間の結合に起因する音響発振（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ）が見られる。
【０００４】
閉じたフローシステム内では、音響共振を通じての音の生成に加えて、フローの変動に起因して、圧力の変動も生成される。閉じたシステムにおいては、音響共振が発生すると、システム内の圧力が変動するために、システムの性能が著しく低下する。さらに、圧力の発振（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ）に起因する機械的損傷のためにシステムが故障することもある。
【０００５】
従来の技術による音響雑音低減システムの構成が、例えば、Ｋ．Ｒ． ＭｃＭａｎｕｓらによって、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ．１９， ｐｐ．１−３０， １９９３に掲載の「Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ」なる名称の論文において説明されている。従来の技術を説明するもう一つの文献として、Ｇ． Ｂｉｌｌｏｕｄらによって、Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ． １８， ｐｐ．２５７−２８３， １９９２に掲載の「Ａｄａｐｔｉｖｅ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ」なる名称の論文がある。
【０００６】
従来の技術においては、フローシステム内の発振は、通常は、フローシステムのハードウェア設計及び修正を通じての受動的制御によって防止された。ただし、これらシステムの生来的な不安定性のために、これらの予防的措置は、ガスフロー、ガス温度、及び圧力の諸条件が良く分かっている狭い範囲においてのみ有効であった。例えば、加熱設備における高効率燃焼システムにおいては、ガスフロー（及び熱フロー）は、通常は、要求される熱出力の関数として調節（変調）される。この方式では、短所として、ガスフローの調節のために、システムの音響特性が変化する。加えて、入口ガス温度やガス組成などの変数も音響特性に影響を与える。
【０００７】
従来の技術として、雑音の生成を低減するための幾つかの能動的制御方法も知られている。長所として、能動的制御方法では、時間に依存した条件下で稼動するフローシステム内の発振を低減することが可能となる。能動的音響雑音低減システムは、図１に簡略的に示されるような一例としての燃焼システム内で発振を低減するために用いられ、この方式においては全システムに起因する雑音が制御される。図１のような実現においては、全燃焼システム１の雑音がバーナ要素３の一方側に配置されたセンサ２によって測定される。このセンサとしては、マイクロホンなどの音響センサを用いることも、或いは燃焼システムの場合に対してＢｉｌｌｏｕｄによって示されるようにマイクロホンと光センサを合わせて用いることもできる。受信される信号はコントローラ４によって処理され、コントローラ４は訂正信号を、ラウドスピーカ６に接続された増幅器５に向けて出力するが、ラウドスピーカ６は、センサ２の位置とは反対側に、バーナ要素３のダクト７上に設けられる。増幅器によって訂正信号から生成される音響波は、全燃焼システム１によって生成された雑音が低減されるような振幅及び位相特性を有する。ただし、この構成では、バーナ要素３の音響特性が非線形性を有するために制御が困難である、一つの代替の実現においては、音響訂正信号を用いる代りに、コントローラは、システムの雑音出力を、バーナ要素３内で用いられるガス組成或いはガスフローを能動的に擾乱させることで制御する。ただし、この方式でも、バーナ３の音響特性が非線形なのために雑音低減の制御は複雑となる。
【０００８】
更に、従来から、例えば、Ｇ． Ｂｉｌｌｏｕｄらの論文に説明されているように適応的能動制御も知られている。適応的能動制御の構成においては、燃焼過程を監視するセンサからの信号が適応フィルタへの入力として用いられる。そして、適応フィルタは訂正信号をアクチュエータに送くり、アクチュエータは訂正信号に基づいて燃焼過程を制御することで、燃焼過程を、例えば、フローの発振が低減されるように最適化する。
【０００９】
更に、従来から、フローシステム内の発振をフロー抵抗を増加させることで低減する方法も知られている。ただし、短所として、燃焼システムに用いた場合、この方式ではシステムの燃焼効率が低減する。ガスの分配及びガスの輸送用のシステムにおいても、フロー抵抗を増加することは望ましくないのは明白である。
【００１０】
発明の概要
本発明の目的は、フローシステム内のフローの変動に起因する音響源による雑音の生成及び圧力の変動を、フローシステムの効率を低減させることも、かつ、フローシステム内の音響源の非線型な音響特性を考慮することを必要とされることもなく、防止するための構成及び方法を提供することにある。
【００１１】
この目的が冒頭に説明の音響雑音低減装置内で、
‐上記の音響雑音低減装置に少なくとも２つの音響センサを設け、
‐これら少なくとも２つのセンサと音響出力デバイスとをエンクロージャ内に配置し、
‐これら少なくとも２つの音響センサを、音響源と音響出力デバイスとの間に配置し、音響波場を測定するように構成し、
上記の電子コントローラが
これら少なくとも２つのセンサからセンサ信号を受信し、
これら測定されたセンサ信号の特性に基づいて訂正信号を計算及び生成し、
この訂正信号を出力デバイスに、出力デバイスによって反射音響波ｐ−を最小化するために送信すること
を遂行するように構成することで達成される。
【００１２】
更に、本発明による構成においては、電子コントローラは、測定されたセンサ信号の特性から推定音響波ｗ＋と推定反射音響波ｗ−を決定するように構成される。加えて、電子コントローラは、確率的勾配アルゴリズムフィルタによって適応化される係数を有する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）コントローラを備える。
【００１３】
更に、本発明によると、電子コントローラは、推定音響波ｗ＋を入力として受信する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）フィルタの出力として訂正信号を計算及び生成するように構成され、ここで確率的勾配アルゴリズムフィルタは推定反射音響波ｗ−をエラー信号入力として受信する。
【００１４】
更に、電子コントローラは、確率的勾配アルゴリズムフィルタ内で予測エラー更新規則を用いるように構成される。
【００１５】
本発明のこの構成においては、音響センサと音響出力デバイスアクチュエータは、音響源、例えば、加熱システム内のバーナ要素の一方側のみに配置される。長所として、このようなフローシステム内で用いた場合は、本発明の構成にようと、音響共振低減制御を大幅に簡素化することが可能となる。つまり、単に音響センサの位置で音響波Ｐ＋と反射音響波ｐ−の両方を含む音響波場を（音響出力デバイスから出力されるべき出力波を生成するために）監視することのみが必要とされる。
【００１６】
更に、本発明の構成によると、雑音レベルを低減するために要求される電力を従来より小さくすることができる。このため、一つの好ましい実施例においては、本発明の装置は、従来より小さな寸法を有し、このため、この装置は、長所として、家庭暖房用の小型の高効率加熱システムにも搭載可能となる。
【００１７】
更に、本発明による装置は、長所として、局所的なフローの方向とは関係無く、フローシステム内のどこに配置することもできる。
【００１８】
更に、本発明は、音響雑音低減制御のための方法にも係る。この方法は、
‐音響源と音響出力デバイスとの間に配置された少なくとも２つのセンサによって音響波場を測定するステップと、
‐電子コントローラによってこれら少なくとも２つのセンサからセンサ信号を受信するステップと、
‐電子コントローラによってこうして測定されたセンサ信号の特性に基づいて訂正信号を計算及び生成するステップと、
‐電子コントローラによって訂正信号を音響出力デバイスに、音響出力デバイスによって反射音響波ｐ−を最小化するために送信するステップと、を含む。
【００１９】
更に、本発明は、測定されたセンサ信号の特性から推定音響波ｗ＋と推定反射音響波ｗ−を決定するステップを含む方法にも係る。
【００２０】
更に、本発明は、確率的勾配アルゴリズムフィルタによって適応化される係数を有する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）コントローラの出力として訂正信号を計算するステップを含む方法にも係る。
【００２１】
更に、本発明は、推定音響波ｗ＋を入力として受信する適応ＩＩＲ（有限インパルス応答）フィルタの出力として訂正信号を計算及び生成するステップを含む方法にも係る。ここで、確率的勾配アルゴリズムフィルタは、推定反射音響波ｗ−をエラー信号入力として受信する。
【００２２】
更に、本発明は、上述の装置の処理手段にロードされるべきコンピュータプログラム製品にも係る。このコンピュータプログラム製品は、この装置に対して、
‐音響源と音響出力デバイスとの間に配置された少なくとも２つのセンサが音響波場を測定し、
‐電子コントローラがこれら少なくとも２つのセンサからセンサ信号を受信し、
‐電子コントローラがこれら測定されたセンサ信号の特性に基づいて訂正信号を計算及び生成し、
‐電子コントローラが訂正信号を音響出力デバイスに、音響出力デバイスによって反射音響波ｐ−を最小化するために送信する、
能力を付与するように構成される。
【００２３】
最後に、本発明は、上述のようなコンピュータプログラム製品を含むデータキャリアにも係る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
好ましい実施例の説明
以下では、本発明について幾つかの図面を参照しながら説明するが、これら図面は単に解説のためのものであって、請求項に記載される保護の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２５】
図２ａは本発明による音響雑音低減システム（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の構成の概要を示す。壁１０を備えるフローシステム１１内に、少なくとも二つのセンサ１３、１４を備える音響センサアレイ１２が、バーナ要素３等の音響源１５と、フローシステム１１の壁１０の一方内に設けられた音響出力デバイス１６との間に配置される。センサ１３、１４は、音響出力デバイス１６に接続された音響コントローラ１７に接続される。ガスはフローシステム１１内を矢印２５によって示される方向に流れる。ガスフローは反対方向に流すこともできる。
【００２６】
これらセンサ１３、１４と出力デバイス１６は、好ましくは、ガスフロー２５が大きく妨害され、このためにフロー抵抗（ｆｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が大きく増加しないように配置される。
【００２７】
フローの変動のために、音響源１５は、雑音、つまり、フローシステム１１内を図２において矢印ｐ＋にて示されるよう方向に伝播する音響波を生成する。これら音響波ｐ＋はフローシステム内で反射され、結果として図２において矢印ｐ−にて示される他の音響波が生成される。これら音響波ｐ−が音響源１５の音響波ｐ＋と干渉すると、これらの位相の関係から、これら音響波が増幅され、フローシステム内に音響共振（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）が発生する。
【００２８】
本発明のこの構成においては、音響センサ１３、１４は、センサ１３、１４の各々の位置における音響圧（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ｐの和を測定し、それぞれ、電気信号ｓ１、ｓ２を生成する。コントローラ１７は、センサ１３、１４からの信号ｓ１とｓ２を処理する。フローシステム１１内の音響圧をセンサ１３、１４の位置の所で知ることができるために、コントローラ１７は、この音響圧に寄与する２つの音響波の推定（値）、つまり、ｗ＋とｗ−を計算することができる。コントローラ１７は、推定音響波ｗ−に対して計算された特性値を用いて、訂正信号（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）１８を音響出力デバイス１６に向けて出力する。この訂正信号は、音響出力デバイス１６によって生成される音響波によって音響源１５に向かって伝播する音響波ｐ−が能動的に最小化されるような特性を有する。これを達成するために、コントローラ１７上に、コントローラの特性を適応的に調節するためのアルゴリズムが実装される。この構成によると、システムからの音響損失（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｌｏｓｓｅｓ）が増加され、音響共振が低減される。長所として、雑音レベルが低い場合、この構成では少量の電力のみが、音響出力デバイス１６によって雑音レベルを一定に維持するために必要とされる。
【００２９】
本発明のこの構成においては、少なくとも２つのセンサ１３、１４を備えるセンサアレイ１２は、常に、音響源１５と、音響波ｐ−を最小化するための音響出力デバイス１６との間に配置される。センサ１３、１４は、音響波場（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｆｉｅｌｄ）に関する情報の収集の観点からは全指向性である。
【００３０】
加えて、この構成では、センサ１３、１４とアクチュエータ１６がバーナ要素３等の音響源１５に対して同一側に配置されるため、フローシステム１１内の音響共振低減制御を簡素化できる。従来の技術によるシステムにおいては、音響源は、センサとアクチュエータとの間に位置した。このような従来の構成では、アクチュエータ１６からセンサ１３、１４への音響伝達関数が、高度に非線形で、かつ、不安定な音響特性を有する音響源（例えば、バーナ要素３）によって影響される。この従来の構成では、当業者においては周知のように、制御の解が音響源１５の非線形で、かつ、不安定な挙動に依存するために、適応的制御が困難となる。本発明の構成では、センサ１３、１４とアクチュエータ１６との間の領域のみが本質的であり、制御の解が音響源の挙動によって影響されることはない。
【００３１】
図２ｂは、本発明による音響信号コントローラ１７の構成の概要を示す。コントローラ１７内で、コントローラセンサエレクトロニクス４７は、適応的ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：有限インパルス応答）フィルタプロセッサ手段１９と、フィルタ更新要素２０に接続される。信号ｓ１とｓ２がコントローラセンサエレクトロニクス４７に供給され、コントローラセンサエレクトロニクス４７は、音響圧に寄与する２つの音響波の推定（値）、すなわち、ｗ＋とｗ−を計算する。これら推定音響波ｗ＋と推定反射音響波ｗ−は、その後、適応的ＩＩＲフィルタプロセッサ手段に供給される。音響波ｗ＋の信号はＩＩＲフィルタ１９に供給される。フィルタ更新要素２０を通じて、音響波ｗ−は、ＩＩＲフィルタ１９から出力される訂正信号１８を制御する。
【００３２】
図３においては、もう一つの実施例として、本発明による音響雑音低減システムが、主ダクト２２と分岐ダクト２３を含む配管システム２１の分岐セクション内に配置される様子が示される。このようなシステムにおいては、主ダクト２２と分岐ダクト２３との間のフローの変動の干渉に起因して発振が発生することが考えられる。このため、分岐ダクト２４の開始の所に、音響源１５が示される。ガスフローの方向は矢印２５によって示される。本発明による音響雑音低減システムは、３つの異なる位置、つまり、分岐ダクトの、上流（位置ａ）、下流（ｃ）、或いは分岐ダクト内（ｂ）のいずれに配置することもできる。
【００３３】
図４は、プロセッサ手段４１と周辺装置を備えるコントローラ構成４０の実施例を示す。プロセッサ手段４１は、インストラクション及びデータを格納するメモリユニット４２、４３、４４、４５と、網アクセス用のＩ／Ｏ接続４６と、コントローラセンサエレクトロニクス４７と、波形発生器４８と、増幅器５６と、（例えば、フロッピディスク５０、ＣＤ  ＲＯＭ及び／或いはＤＶＤ５１等を読出すための）一つ或いは複数の読出ユニット４９と、入力デバイスとしてのキーボード５２及びマウス５３と、出力デバイスとしてのディスプレイ５４及びプリンタ５５に接続される。
【００３４】
示されるメモリユニットは、ＲＡＭ  ４２、（Ｅ）ＥＰＲＯＭ  ４４、ＲＯＭ  ４３、及びハードディスク４５から構成される。ただし、もっと多くの、及び／或いは当業者において周知の他のメモリユニットを設けることもできる。更に、必要であれば、これらの一つ或いは複数をプロセッサ手段４１と物理的に遠隔に配置することもできる。プロセッサ手段４１は、１つのボックスとして示されるが、これらは、互いに遠隔に配置され、並列に機能する複数の処理ユニットから構成し、これらを一つの主プロセッサにて制御することもできる。更に、示される入／出力デバイス（つまり、５１、５２、５３、５４）以外の、他の入／出力デバイス（例えば、タッチ画面等）を設けることもできる。
【００３５】
この実施例においては、音響信号を分析する機能と、訂正信号を生成する機能は、別個の処理手段によって遂行される。つまり、コントローラエレクトロニクス処理手段４７は、センサ１３、１４から電気信号ｓ１、ｓ２を受信し、推定音響波ｗ＋と推定反射音響波ｗ−の特性を計算する。好ましくは、こうして得られた音響波ｗ＋の値は、処理手段４７への入力信号として、処理手段４７が訂正信号１８を生成するための適応的フィルタ要素２０との関連でＩＩＲフィルタ１９としても機能できるように使用される。こうすることで、ｗ＋がｗ−の予測情報を含むために、適応的フィードフォワードコントローラが構成される。波形発生器４８は、訂正信号１８を生成し、これは増幅器５６によって増幅され、音響出力デバイス１６に、音響波ｐ−を能動的に最小化するための音響波を生成するために送られる。もう他の実施例においては、コントローラエレクトロニクス４７と波形発生器４８の機能は単一の信号処理ユニットとして結合される。更に、コントローラエレクトロニクス４７と波形発生器４８の機能をプロセッサ４１内に組み込むこともできる。
【００３６】
一つの好ましい実施例においては、コントローラ１７は、確率的勾配アルゴリズム（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｇｒａｄｉｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）によって適応化される係数を有するＩＩＲコントローラとしての特性を有し、このアルゴリズムの性能を改善するために、予測エラー更新規則（ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｕｐｄａｔｅ ｒｕｌｅｓ）が適用される。この適応的制御アルゴリズムは、明示的基準最適化に対する手続（ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｅｘｐｌｉｃｉｔ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｐｔｉｍａｉｓａｔｉｏｎ）に基づくが、これに関しては、例えば、Ｎ．Ｊ． ＤｏｅｌｍａｎによってＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ａｄａｐｔｒｏｎｉｃ １９９９， ｐｐ． ７２−８１， １９９９．に掲載の論文“Ａｄａｐｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ”において説明されているので、これを参照されたい。
【００３７】
図５は、本発明による音響雑音低減システムを適用した場合と適用しない場合について、燃焼システム内の音響レベルを時間の関数として測定した実験の結果を示す。
【００３８】
図５のグラフには、測定された音圧（雑音）レベルが時間の関数としてプロットされている。灰色の線は、本発明の音響雑音低減システムは適用されなかった場合の雑音レベルを示し、黒の線は、音響雑音低減システムが用いられたときの雑音レベルを示す。両方の実験において、ガスフロー２５が、矢印６１によって示される１７秒後に開かれ、バーナ要素３が点火された。
【００３９】
図５のグラフの灰色の線によって示されるように、この音響雑音低減システムを用いない場合は、１７秒から２１秒の間に第一の不安定性が発生する。燃焼システムの加熱のために、この不安定性は（矢印６２によって示されるように）２１秒後に最小に低減される。２１秒から２５秒の間に、雑音レベルは、より高温でのフローシステムの第二の不安定性のために再び増加する。この例においては、この不安定性は２５秒後には消失するが、ただし、当業者には周知のように、フロー／燃焼システム内の発振は、さらに長期間に渡って持続することもあり、更には、フロー／燃焼システムが動作している全期間に渡って持続することもある。
【００４０】
音響雑音低減システムを用いた場合は、音響発振は強く抑圧される。つまり、雑音レベルは燃焼システムの点火の後も低いレベルにとどまる。グラフの黒い線からわかるように、１７秒後にガスフロー２５が開かれ、バーナ要素３が点火されたとき、雑音レベルにはほんの短かな遷移が見られるだけである。点火の前後のこの信号（雑音）は、主としてセンサの所でのフロー内の撹乱に起因する圧力の変動によって生成される。
【００４１】
長所として、音響出力デバイスによって音響訂正信号を生成するため及び共振を最小化するために必要とされる電力が小さなため、音響雑音低減システムのサイズを従来より小さくすることができ、このため、本発明による装置は、小型高圧フローシステムにも容易に搭載できる。図６に示す一つの好ましい実施例においては、この音響雑音低減システムは、家庭暖房設備用の小規模高効率燃焼システム６８内に適用される。エンクロージャ７０内に、バーナ要素３が熱交換器７５の上側に設けられる。ファン７３によってインレットダクト７２からの空気が強制供給される。熱交換器７５の下側には、燃焼過程において形成され、熱交換器７５上に凝結する水を除去するために凝結水アウトレット７７が配置される。残留ガスはシステム６８から排気アウトレット７６を通じて除去される。
【００４２】
このようなシステムにおいては、制御システムは、サイズが小さなために、幾つかの好ましい位置の一つに置くことができる。つまり、制御システムは、インレットダクト７１の所に設けることも、更にはインレットファン７３の前のダクト７２内に設けることもできる。更に、センサアレイ１２と出力デバイス１６を備える追加のチューブを、バーナ要素３の上方の位置７４に配置することもできる。代りに、このシステムは、熱交換器７５の下側の、アウトレットダクト７６の所に設けることも、或いは凝結水アウトレット７７の所に設けることもできる。音響雑音低減システムによって音響損失を能動的に増加させることで、燃焼システム内の雑音レベルが強く抑圧される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の技術による燃焼システム内の雑音を低減するための音響雑音低減システムの構成を簡略的に示す図である。
【図２ａ】
本発明による音響雑音低減システムの構成の概要を示す図である。
【図２ｂ】
本発明による音響信号コントローラの構成の概要を示す図である。
【図３】
本発明による音響雑音低減システムの構成を、フローと音響サンサの位置との関係の観点から示す図である。
【図４】
本発明による音響雑音低減システムのコントローラの構成を概要的に示す図である。
【図５】
本発明による音響雑音低減システムを適用した場合と、しない場合について、燃焼システム内の音響レベルについて測定した一例としての実験結果を示す図である。
【図６】
家庭暖房設備用の小型高効率燃焼システムの概要を、本発明による音響雑音低減システムを搭載することができる位置との関連で示す図である。
【符号の説明】
１  燃焼システム
２  センサ
３  バーナ要素
４  コントローラ
５  増幅器
６  ラウドスピーカ
７  ダクト
１０  壁
１１  フローシステム
１２  音響センサアレイ
１３、１４  センサ
１５  音響源
１６  音響出力デバイス
１７  音響コントローラ
１９  適応的ＩＩＲフィルタプロセッサ手段
２０  フィルタ更新要素
２１  配管システム
２２  主ダクト
２３  分岐ダクト
４１  プロセッサ手段
４２、４３、４４、４５  メモリユニット
４６  Ｉ／Ｏ接続
４７  センサエレクトロニクス
４８  波形発生器
４９  読出ユニット
５０  フロッピディスク
５１  ＣＤ  ＲＯＭ及び／或いはＤＶＤ
５２  キーボード
５３  マウス
５４  ディスプレイ
５５  プリンタ
５６  増幅器
６８  家庭暖房設備
７０  エンクロージャ
７２  インレットダクト
７３  ファン
７５  熱交換器
７６  排気アウトレット
７７  凝結水アウトレット
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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