(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から発生する騒音の伝播経路に設けられた第1の受音装置と、
前記騒音の伝播経路において、前記第1の受音装置よりも下流側の位置に設けられ前記騒音に対する干渉音を出力する複数の発音装置と、
前記騒音の伝播経路において、前記発音装置よりも下流側の位置に設けられた第２の受音装置と、
前記第１の受音装置の検出信号と前記第２の受音装置の検出信号とに基づいて演算加工した制御信号を生成する制御信号生成装置と、
前記演算加工された制御信号を増幅して前記複数の発音装置に同時に供給し、前記干渉音を出力させる信号増幅供給装置と
を有し、
前記信号増幅供給装置は、
前記演算加工された制御信号を増幅する信号増幅装置に供給される電源の電圧を検出する電圧検出装置と、
前記複数の発音装置に供給される増幅された制御信号の電流を検出する電流検出装置と、
前記検出した電源電圧に基づいて、前記電源電圧が第１の所定値以下である場合は前記信号増幅装置が異常と判定して異常を示すランプを点灯し、前記電源電圧が第１の所定値以上である場合は前記信号増幅装置が正常と判定して正常を示すランプを点灯し、前記信号増幅装置が正常であると判定した場合でかつ前記発音装置が接続されている場合に、前記検出した電流が第２の所定値以下の場合は前記発音装置が異常と判定して異常を示すランプを点灯し、前記検出した電流が第２の所定値以上の場合は前記発音装置が正常と判定して正常を示すランプを点灯し、前記信号増幅装置が正常であると判定した場合でかつ前記発音装置が接続されていない場合は前記発音装置の正常及び異常を示すランプを消灯する判定装置と
を備え、
前記判定装置は、周期毎に検出した前記電源電圧と前記電流とに基づいて異常の有無を判定し、同じ判定結果が所定回数継続したことで当該判定結果を確定することを特徴とする能動消音装置。
【請求項２】
請求項１記載の能動消音装置において、
前記制御信号生成装置は、前記第１の受音装置の検出信号値、前記第２の受音装置の検出信号値、前記発音装置に供給される制御信号の値及び異常が発生した前記信号増幅供給装置を特定する情報を表示する入出力表示装置を備えたことを特徴とする能動消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元空間の環境騒音に対して同振幅で逆位相の干渉音を発生させることで消音する能動消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン発電設備、コジェネレーション設備、大型変圧器等の大型設備からは運転中に所謂環境騒音が発生し、この騒音はその設備の周辺で働く労働者に対して不快感を与えるに留まらず、難聴を防止するために耳栓を必要とするなど労働衛生上問題となることが多い。
【０００３】
このような環境騒音を低減する技術として、例えばディーゼルエンジンの排気管、送風機等のダクト内の騒音に適用できる能動消音技術が知られている。
【０００４】
図８は従来の能動消音装置の構成を示す図である。
【０００５】
この能動消音装置は、ダクト７１の内部の騒音を消音するためのもので、騒音を検出する参照信号用マイクロフォン７２、このダクト内に干渉音を入力するためのスピーカ７３、消音の効果を評価するための評価用マイクロフォン７４及びこれらの機器を制御して消音動作を行うコントローラ７５で構成されている。
【０００６】
発生した騒音は図左から右に伝播し、先ず参照信号用マイクロフォン７２によって検出され電気信号に変換される。この信号はコントローラ７５に入力され、コントローラ７５は入力された騒音信号に対して同振幅で逆位相の特性をもつ信号を生成し、騒音が伝播して行く音響伝達特性に合わせてスピーカ７３から干渉音として出力する。
【０００７】
スピーカ７３から発生した干渉音は騒音に作用して互いの波形が打ち消しあうように動作することで消音が行われる。しかし実際には、温度など周囲の環境の変化によって騒音の伝播状況が変動する場合には騒音に対する干渉音の波形が適正でなくなるため、消音効果が十分でないことがある。このため、評価用マイクロフォン７４を用いて消音状態を検出し、もし十分な消音効果が得られていなければ、コントローラ７５は干渉音の強度、タイミングなどを変化させて最適な消音効果が得られるように制御を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の能動消音技術はダクト等のように音の伝播方向が一方向に限定される１次元の対象については効果的であるが、エンジンルームなどのような３次元空間について適用した場合は、ある場所では消音効果が得られるものの、別の場所では音が増加する現象が発生するなど消音領域にむらが生じ、十分な消音効果は得られなかった。
【０００９】
従って、従来の能動消音技術を３次元空間に適用しようとした場合は、一次元の対象とは異なる構成を備えて空間に配置された能動消音装置が必要であると考えられるが、従来の技術には、そのための装置の構成に関する示唆または言及はなされていない。
【００１０】
また、一般に能動消音装置ではスピーカ等が常に健全に動作することが安定した消音動作を確保するための前提条件となるが、複数のスピーカを備えた能動消音装置においては、その内の一部のスピーカに異常が発生した場合には、該当する異常スピーカを特定することには時間を要するため、消音動作の安定性が損なわれることが指摘されていた。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、３次元空間の消音について適用することができ、またスピーカ等の異常を早期に検出できることで安定した消音動作を担保することを可能とする能動消音装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、音源から発生する騒音の伝播経路に設けられた第1の受音装置と、前記騒音の伝播経路において前記第1の受音装置よりも下流側の位置に設けられ前記騒音に対する干渉音を出力する複数の発音装置と、前記騒音の伝播経路において前記発音装置よりも下流側の位置に設けられた第２の受音装置と、前記第１の受音装置の検出信号と前記第２の受音装置の検出信号とに基づいて演算加工した制御信号を生成する制御信号生成装置と、前記演算加工された制御信号を増幅して前記複数の発音装置に同時に供給し、前記干渉音を出力させる信号増幅供給装置とを有し、前記信号増幅供給装置は、前記演算加工された制御信号を増幅する信号増幅装置に供給される電源の電圧を検出する電圧検出装置と、前記複数の発音装置に供給される増幅された制御信号の電流を検出する電流検出装置と、前記検出した電源電圧に基づいて、前記電源電圧が第１の所定値以下である場合は前記信号増幅装置が異常と判定して異常を示すランプを点灯し、前記電源電圧が第１の所定値以上である場合は前記信号増幅装置が正常と判定して正常を示すランプを点灯し、前記信号増幅装置が正常であると判定した場合でかつ前記発音装置が接続されている場合に、前記検出した電流が第２の所定値以下の場合は前記発音装置が異常と判定して異常を示すランプを点灯し、前記検出した電流が第２の所定値以上の場合は前記発音装置が正常と判定して正常を示すランプを点灯し、前記信号増幅装置が正常であると判定した場合でかつ前記発音装置が接続されていない場合は前記発音装置の正常及び異常を示すランプを消灯する判定装置とを備え、前記判定装置は、周期毎に検出した前記電源電圧と前記電流とに基づいて異常の有無を判定し、同じ判定結果が所定回数継続したことで当該判定結果を確定する能動消音装置である。
【００１４】
また本発明は、上記記載の能動消音装置において、制御信号生成装置は、前記第１の受音装置の検出信号値、前記第２の受音装置の検出信号値、前記発音装置に供給される制御信号の値及び異常が発生した前記信号増幅供給装置を特定する情報を表示する入出力表示装置を備えた能動消音装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の能動消音装置の動作を説明する図である。
【００１６】
本能動消音装置は音源１からの騒音を検出する参照信号用マイクロフォン２、干渉音を出力するための複数のスピーカ３、このスピーカ３の消音効果を評価するための評価用マイクロフォン４、参照信号用マイクロフォン２と評価用マイクロフォン４からの受音信号を処理して干渉音用の信号を出力するコントローラ５及びこの干渉音用の信号を増幅して複数のスピーカ３に出力する増幅器６とで構成されている。
【００１７】
そして、コントローラ５には、干渉音を算出する演算手段であるＦＩＲ（Finite  Impulse  Response）フィルタ５ａと、騒音が伝播する際の音響伝達特性と同じ伝達特性を有するデジタルフィルタ５ｂ及びＦＩＲフィルタ５ａの演算係数を変更するために設けられた適応フィルタ５ｃが備えられている。
【００１８】
さて、音源１から空間を伝播してきた騒音は参照信号用マイクロフォン２で検出され、その検出信号がＦＩＲフィルタ５ａに入力される。ここで、ＦＩＲフィルタ５ａには、騒音が参照信号用マイクロフォン２の位置からスピーカ３の位置に到達するまでの音響伝達特性と逆位相になる特性が設定されている。
【００１９】
ＦＩＲフィルタ５ａはこの特性に基づいて干渉音を生成するための制御信号を演算してスピーカ３から出力させる。もし、前記特性が正しいものであって適正に消音制御が行われていれば評価用マイクロフォン４で検出される音は零に近い値となるはずであるが、実際には気温などの環境条件が変動することによって、前述の音響伝達特性が変動するため十分な消音効果が得られなくなる。
【００２０】
適応フィルタ５ｃは、消音制御中の特性変動に対応して消音量が低下しないようにＦＩＲフィルタ５ａの演算係数を変更するものである。このため、適応フィルタ５ｃは評価用マイクロフォン４からの信号とデジタルフィルタ５ｂからの信号の２つの入力信号に基づいて、例えば周知のＬＭＳアルゴリズムを用いて、演算係数の調整設定動作を行う。
【００２１】
次に、前述の能動消音装置を３次元空間に適用することを考える。３次元空間では一般に騒音の伝播方向を特定することが困難なため参照信号マイクロフォン２、スピーカ３及び評価用マイクロフォン４の配置を決定することも困難となることが多い。また消音すべき領域が空間にまで広がっていることから、その領域内にマイクロフォン、スピーカ、コントローラ等よりなる消音装置を複数組設置する必要があると考えられるが、単に設備を増設して空間に配置することは多額の費用を必要とする点からも現実的でない。
【００２２】
一般の３次元空間においては、このような困難性、問題点を有すると考えられるが、本発明の対象として挙げた、エンジン発電設備、コジェネレーション設備等の設備の騒音は発生源が特定できることが多く、また複数の発生源が互いに干渉することが少ないため前述の伝播方向を特定することが比較的容易となる。
【００２３】
更に、理想的なモデルで考察すれば、音源からの騒音は音源を中心として球面状に放射されるため、同一球面上においては騒音の強度と位相は同一であると考えられる。従って、１組のマイクロフォン２，４、コントローラ５及び増幅器６に対して、スピーカ３のみを消音すべき空間領域に、例えば騒音の音響伝達特性が略同一となる位置に複数台配置した構成で、３次元空間において消音を制御することが可能となる。
【００２４】
尚、実際に能動消音装置を構成する際にはマイクロフォン２，４は複数台設置してその中から消音制御のために適切なものを選択して使用するようにしても良く、また複数台のマイクロフォン２，４からの信号を例えば加算、平均等の演算を行い、その結果を用いて制御するように構成しても良い。また、これらを組み合わせて用いても良い。さらに、３次元空間を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に本発明の構成の消音装置を設置するように構成しても良い。
【００２５】
図２は本発明の能動消音装置の構成例を示す図である。
【００２６】
前述の消音原理に基づいて、本発明の能動消音装置は参照信号用マイクロフォン２、複数のスピーカ３、評価用マイクロフォン４、コントローラ５、複数の増幅器６及びコントローラ５に対して運転開始、運転終了を指令するための操作装置であるオペレータコンソール７で構成されている。
【００２７】
尚、増幅器６を複数設けたのは、一台の増幅器６で処理できるスピーカ３の台数に制限があるためであり、必要とするスピーカ３の台数に対応して必要な数量が決定される。
【００２８】
次に、各機器間の信号授受について説明する。
【００２９】
図３は能動消音装置の信号の接続を示す回路ブロック図である。
【００３０】
最初にコントローラ５と各機器との信号の接続内容について説明する。
【００３１】
参照信号用マイクロフォン２で検出した騒音信号８は、増幅部１０で所定のレベルに調整され、エイリアシングフィルタ１１で高調波成分がカットされた後、A／D変換部１２を介して演算処理部１３に入力される。
【００３２】
評価用マイクロフォン４で検出した騒音信号９も、前記参照信号用マイクロフォン２で検出した騒音信号８と同様に処理されて演算処理部１３に入力される。
【００３３】
ここで、演算処理部１３は前述のＦＩＲフィルタ５ａ等の演算機能などの処理機能を含んだブロックである。
【００３４】
演算処理部１３はマイクロフォン２，４からの入力信号８，９に基づいて前述の演算動作で生成した消音制御用信号１６を、Ｄ／Ａ変換部１４、スムージングフィルタ１５を介して増幅器６に出力すると共に、増幅器６に対してミュート信号１７を出力し前記消音制御用信号１６の断続を制御する。
【００３５】
一方、増幅器６からは後述するアルゴリズムにより増幅器６を含めたスピーカ３が正常に動作しているかどうかの判定結果がステータス信号１８として演算処理部１３に入力される。これによって、演算処理部１３は増幅器６を含めたスピーカ３の状態を監視することができる。
【００３６】
そして、オペレータコンソール７からはコントローラ５の消音制御開始・終了等の指示信号２０が入力され、演算処理部１３はこの指令に基づいて消音制御開始・終了動作を行うと共に、コントローラ５が正常に動作していることを示すステータス信号２１を出力する。
【００３７】
そして、演算処理部１３はこれらの外部機器及び装置の状態をキャラクタジェネレータ２２を介してコントローラ５の盤面に設けられた表示装置２３に表示する。
【００３８】
図４はコントローラ５の盤面の構成を示す図である。
【００３９】
コントローラ５の盤面には、状態表示ランプ３１、入出力表示装置３２、入出力操作釦３３及び制御動作操作釦３４が設けられている。
【００４０】
状態表示ランプ３１には、電源入りで点灯する（POWER）表示、コントローラが正常に動作中に点灯する（RUN）表示、消音制御実行中に点灯する（ANCON）表示、ミュート信号出力中に点灯する（MUTE）表示、増幅器が異常の時に点灯する（AMPER）表示が設けられている。
【００４１】
そして、入出力表示装置３２にはマイク、スピーカの信号レベル、異常の状態の詳細情報などが表示されるとともに、コントローラ５が消音制御動作を行うための例えばＦＩＲフィルタ５ａのパラメータを設定しまた表示することもできる。
【００４２】
入出力操作釦３３には、この入出力装置３２の表示メニューを選択する（MENU）釦、データの確定を入力する（SET）釦及び入力数値の変更を行う（UP/DOWN）釦が備えられている。
【００４３】
制御動作操作釦３４としては、消音制御実行を操作する（ANCON）釦、増幅器への出力停止を操作する（MUTE）釦及び装置をリセットする（RESET）釦等が備わっている。
【００４４】
続いて、図３を参照して増幅器６を含めたスピーカの異常判定方法を説明する。
【００４５】
増幅器６は、消音制御用信号１６を増幅する増幅部２５、増幅部２５とスピーカ３の電流・電圧等から異常の有無を判断する判定部２６、この判定部２６の結果に基づいてコントローラ５に判定結果であるステータス信号１８を出力するステータス監視部２９で構成されている。
【００４６】
そして、判定部２６には増幅部２５の回路電源電圧信号２７、スピーカ３の電流信号２８及びミュート信号１７等が入力されている。
【００４７】
図５は判定部２６の異常判断手順を示すフロー図である。
【００４８】
増幅器６には複数の判定部２６を備えており、増幅部２５にはスピーカが２台接続されているため、以下に説明する異常判断手順はこの構成に基づいたものである。
【００４９】
先ず判定部２６は装置電源が入っていることを確認（Ｓ１）した後、ミュート信号が入力されていないことをチェックする（Ｓ２）。
【００５０】
続いて、増幅部２５の回路電源電圧信号２７が正常かどうかを調べる（Ｓ３）。
【００５１】
回路電源電圧信号２７が所定値以下の電圧である場合は増幅部２５に異常が発生しているものと判断し、増幅部２５の異常を示す（赤）ランプを点灯する（Ｓ４）。そして、ステータス監視部２９に対して異常を示すステータスをセットして出力する（Ｓ５）。
【００５２】
回路電源電圧信号２７が所定値以上の電圧である場合は増幅部２５は正常と判断し、増幅部２５の正常を示す（緑）ランプを点灯する（Ｓ６）。そして、ステータス監視部２９に対して異常を示すステータスをリセットして出力する。
【００５３】
続いて、Ｎｏ．１スピーカ３ａが増幅部２５に接続されているかどうかを調べる（Ｓ７）。接続されているかどうかは、例えば本装置の操作者が設定した接続有無のディップスイッチを読み取って判断するように構成している。
【００５４】
接続されている場合は、Ｎｏ．１スピーカ３ａに流れる電流が正常かどうかを電流検出信号２８で調べる（Ｓ８）。
【００５５】
所定値以下の電流検出信号２８である場合はＮｏ．１スピーカ３ａに異常が発生しているものと判断し、Ｎｏ．１スピーカ３ａの異常を示す（赤）ランプを点灯する（Ｓ９）。そして、ステータス監視部２９に対して異常を示すステータスをセットして出力する（Ｓ１０）。
【００５６】
所定値以上の電流検出信号２８である場合はＮｏ．１スピーカ３ａは正常と判断し、Ｎｏ．１スピーカ３ａの正常を示す（緑）ランプを点灯する（Ｓ１１）。そして、ステータス監視部２９に対して異常を示すステータスをリセットして出力する。
【００５７】
Ｎｏ．１スピーカ３ａが増幅部２５に接続されていない場合は、Ｎｏ．１スピーカ３ａの正常を示す（緑）ランプ及び異常を示す（赤）ランプを消灯する（Ｓ１２）。そして、ステータス監視部２９に対して異常を示すステータスをリセットして出力する。
【００５８】
Ｎｏ．２スピーカ３ｂが正常かどうかの判断も、Ｎｏ．１スピーカ３ａと同様のフローで実施する（Ｓ１３〜Ｓ１８）。
【００５９】
図６はステータス監視部２９の動作を示すタイムチャートである。
【００６０】
図中横軸は時間軸であり、左から右に時間が経過する。そして縦方向に引かれた点線で示される時点はステータス監視部２９が判定部２６からのステータスを読み取る時点を表している。従って、点線の周期がサンプリング周期に相当する。
【００６１】
ステータス監視部２９は判定部２６からのステータス信号が連続してｎ個（図では２個）以上連続して同じ状態であれば、その状態をステータスが確定したものとして処理する。
【００６２】
例えば、図中サンプリング番号５、６では連続して異常となっているため、サンプリング番号６の時点で異常が確定している。この異常状態はサンプリング番号７時点での１度だけの正常では復帰動作を行わずに継続し、サンプリング番号９、１０において連続して正常となっている時点で正常が確定する。
【００６３】
ステータス監視部２９はこのようにして処理したステータス確定データをステータス信号１８としてコントローラ５に出力する。
【００６４】
図７は増幅器６の盤面の構成を示す図である。
【００６５】
増幅器６の盤面には、状態表示ランプ３７、増幅設定器３８及びステータス表示ランプ３９が備えられている。
【００６６】
状態表示ランプ３７には、電源入りで点灯する（ＰＯＷＥＲ）表示、コントローラ５からの入力信号が低いときに点灯する（ＬＯＷ）表示、ミュート信号入力中に点灯する（ＭＵＴＥ）表示及び増幅器が異常を検出したときに点灯する（ＥＲＲＯＲ）表示が設けられている。
【００６７】
増幅設定器３８には、増幅部２５に接続されるスピーカ３毎に出力を調整できるように調整用のボリュームが備えられている。
【００６８】
ステータス表示ランプ３９には、増幅部２５（ＡＭＰ１／ＡＭＰ２）が正常か異常かを表す（ＲＵＮ／ＥＲＲＯＲ）表示及びスピーカ３（ＳＰ１／ＳＰ２／ＳＰ３／ＳＰ４）が正常か異常かを表す（ＲＵＮ／ＥＲＲＯＲ）表示が設けられている。
【００６９】
以上の構成によって、異常が発生した場合であっても直ちにスピーカ３、増幅部２５の内のいずれの機器が異常かを特定することができるため、安定した消音動作を維持することが可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、３次元空間において能動消音技術を適用することができ、またその際にはスピーカのみを増設すれば良いように構成しているためその消音装置を安価に構成することができる。
【００７１】
また、スピーカと増幅部の異常を検出し異常が発生した機器を表示することができるため、故障に対しての早期対応が可能となり、安定した消音動作を担保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の能動消音装置の動作を説明する図。
【図２】本発明の能動消音装置の構成例を示す図。
【図３】能動消音装置の信号の接続を示す回路ブロック図。
【図４】コントローラの盤面の構成を示す図。
【図５】異常判断手順を示すフロー図。
【図６】ステータス監視部の動作を示すタイムチャート。
【図７】増幅器の盤面の構成を示す図。
【図８】従来の能動消音装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１…音源
２…参照信号用マイクロフォン
３…スピーカ
４…評価用マイクロフォン
５…コントローラ
６…増幅器
８…騒音信号
９…騒音信号
１６…消音制御用信号
２６…判定部
２７…回路電源電圧信号
２８…電流検出信号
３２…入出力表示装置
【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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