(57)【要約】      （修正有）【課題】繰り返し発生する打撃騒音を低減できる騒音低減システムを提供する。【解決手段】ＭＲＩ装置から発せられた、繰り返し発生する打撃騒音を含む騒音を低減する騒音低減システムであって、検出した騒音に基づいて誤差信号ｅを生成する誤差信号生成手段１０と、誤差信号ｅと騒音を打ち消すための第１の制御信号ｚとに基づいて、騒音の音圧の推定値を示す推定騒音信号ｄ’を生成する推定騒音生成手段２２と、打撃騒音が発生する時間間隔に対応する時間遅れ特性Ｄを有し、推定騒音信号ｄ’から遅延信号ｒを生成する遅延信号生成手段２４と、遅延信号ｒから第１の制御信号ｕを生成する制御フィルタ２１と、第１の制御信号ｕから第２の制御信号を生成する第１のフィルタと第２の制御信号を音波に変換して制御音を出力する制御スピーカとの組を少なくとも１組と、制御音を伝達する伝達手段と、を含むスピーカユニット３０とを具備する。【選択図】図１
2016182298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＩ装置から発せられた、繰り返し発生する打撃騒音を含む騒音を低減する騒音低減システムであって、
検出した前記騒音に基づいて誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、
前記誤差信号と第１の制御信号とに基づいて、前記騒音の音圧の推定値を示す推定騒音信号を生成する推定騒音生成手段と、
前記ＭＲＩ装置の撮像シーケンス又はプレスキャンに基づいて決定され、前記打撃騒音が発生する時間間隔に対応する時間遅れ特性を有し、前記推定騒音信号から遅延信号を生成する遅延信号生成手段と、
前記遅延信号から前記第１の制御信号を生成する制御フィルタと、
前記第１の制御信号から第２の制御信号を生成する第１のフィルタと前記第２の制御信号を音波に変換して制御音を出力する制御スピーカとの組を少なくとも１組と、前記制御音を伝達する伝達手段と、を含むスピーカユニットと、
を具備する騒音低減システム。
【請求項２】
前記スピーカユニットは、前記第１のフィルタと前記制御スピーカとの組を１組含み、
前記伝達手段は、前記制御スピーカが取り付けられた共鳴箱と、前記共鳴箱に接続され、前記制御音を伝達するチューブと、を含み、
前記第１のフィルタのフィルタ特性は、スルー特性、又は前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性の逆近似特性である、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項３】
前記スピーカユニットは、前記第１のフィルタと前記制御スピーカとの組を複数組含み、
前記伝達手段は、前記制御スピーカそれぞれが取り付けられた共鳴箱と、チューブを介して前記共鳴箱に接続され、前記制御スピーカそれぞれから出力される前記制御音を合成して合成制御音を生成する集音手段と、前記集音手段に接続され、前記合成制御音を伝達するチューブと、を含み、
前記制御スピーカそれぞれから前記誤差信号生成手段までの経路特性は互いに異なり、前記第１のフィルタは、前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性が目標伝達特性に一致するように設計される、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項４】
前記制御フィルタのフィルタ特性は、前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性の逆特性であり、
前記時間遅れ特性は、前記時間間隔から、前記二次経路特性の遅れ以上の時間を引いた値に基づいている、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項５】
前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性を事前に同定した結果に基づいた推定二次経路特性を有し、前記遅延信号から第１の補助信号を生成する第２のフィルタと、前記推定騒音信号及び前記第１の補助信号を使用して、前記制御フィルタを適応的に更新する更新手段と、を含むフィルタ更新手段をさらに具備し、
前記時間遅れ特性は、前記時間間隔から、前記二次経路特性の遅れ以上の時間を引いた値に基づいている、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項６】
前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性を事前に同定した結果に基づいた推定二次経路特性を有し、前記第１の制御信号から、前記誤差信号生成手段における制御音の音圧の推定値を示す推定制御信号を生成する二次経路フィルタと、
前記推定二次経路特性を有し、前記遅延信号から第１の補助信号を生成する第２のフィルタと、前記制御フィルタの現在のフィルタ特性で前記第１の補助信号を変換する第３のフィルタと、前記推定制御信号から前記第３のフィルタの出力信号を減じることによって第２の補助信号を生成する減算器と、前記推定騒音信号、前記第１の補助信号、及び前記第２の補助信号を使用して、前記制御フィルタを適応的に更新する更新手段と、を含むフィルタ更新手段と、
をさらに具備し、
前記時間遅れ特性は、前記時間間隔から、前記二次経路特性の遅れ以上の時間を引いた値に基づいている、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項７】
前記制御フィルタの初期状態は、前記二次経路特性の逆フィルタである、請求項５又は６に記載の騒音低減システム。
【請求項８】
前記制御フィルタは、前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性の逆特性で前記遅延信号を変換する逆フィルタと、前記逆フィルタの出力信号から前記第１の制御信号を生成する適応フィルタと、を含み、
前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性を事前に同定した結果に基づいた推定二次経路特性を有し、前記逆フィルタの前記出力信号から第１の補助信号を生成する第２のフィルタと、前記推定騒音信号及び前記第１の補助信号を使用して、前記適応フィルタを適応的に更新する更新手段と、を含むフィルタ更新手段をさらに具備し、
前記時間遅れ特性は、前記時間間隔から、前記二次経路特性の遅れ以上の時間と１タップ以上の時間とを引いた値に基づいている、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項９】
前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性を事前に同定した結果に基づいた推定二次経路特性を有し、前記第１の制御信号から、前記誤差信号生成手段における制御音の音圧の推定値を示す推定制御信号を生成する二次経路フィルタをさらに具備し、
前記制御フィルタは、前記第１の制御信号から前記誤差信号生成手段までの経路特性を示す二次経路特性の逆特性で前記遅延信号を変換する逆フィルタと、前記逆フィルタの出力信号から前記第１の制御信号を生成する適応フィルタと、を含み、
前記推定二次経路特性を有し、前記逆フィルタの出力信号から第１の補助信号を生成する第２のフィルタと、前記制御フィルタの現在のフィルタ特性で前記第１の補助信号を変換する第３のフィルタと、前記推定制御信号から前記第３のフィルタの出力信号を減じることによって第２の補助信号を生成する減算器と、前記推定騒音信号、前記第１の補助信号、及び前記第２の補助信号を使用して、前記適応フィルタを適応的に更新する更新手段と、を含むフィルタ更新手段をさらに具備し、
前記時間遅れ特性は、前記時間間隔から、前記二次経路特性の遅れ以上の時間と１タップ以上の時間とを引いた値に基づいている、請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項１０】
前記制御フィルタと前記スピーカユニットとの間に設けられ、前記第１の制御信号を前記制御スピーカの許容入力以下に抑える回路部をさらに具備する請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項１１】
前記推定騒音信号から、前記ＭＲＩ装置と異なる騒音源から発せられた騒音の成分を除去する回路部をさらに具備する請求項１に記載の騒音低減システム。
【請求項１２】
前記騒音が低減されているか否かを示す情報を報知する報知手段をさらに具備する請求項１に記載の騒音低減システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、騒音低減システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
騒音を低減する方法として、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）が知られている。ＡＮＣは、騒音と同振幅で逆位相の信号（制御音）を制御スピーカから出力することにより、騒音を低減することを可能にするものである。ＡＮＣの基本手法としては、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと呼ばれる手法が知られている。ＡＮＣは、フィードフォワード型とフィードバック型の２種類に大別される。
【０００３】
ところで、ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）装置は、ＭＲ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号を検出する繰り返し時間（ＴＲ：Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）ごとにスライス選択傾斜磁場を印加するため、非常に大きな繰り返し打撃騒音を発する。このような打撃騒音は、ＭＲＩ装置が発生する騒音における寄与率が高い。ＭＲＩ装置は強磁場発生体であることから、磁性体である制御スピーカを装置内部に配置することはできない。フィードフォワード型ＡＮＣでは、制御スピーカと制御効果を評価する誤差マイクとの間の距離は、騒音を取得する参照マイクと誤差マイクとの間の距離より短い必要がある。このため、制御スピーカを装置内部に配置することができないＭＲＩ装置では、フィードフォワード型ＡＮＣを用いることができない。
【０００４】
一般的なフィードバック型ＡＮＣは、直近の検出信号に基づいて制御信号を生成する手法であるため、原理的に周期騒音しか低減することができない。よって、フィードバック型ＡＮＣをＭＲＩ装置に適用した場合、位相エンコードや読み取り時の傾斜磁場コイルの振動による周期騒音は低減可能であるが、ＴＲごとに発生する打撃騒音を低減することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９５６４９号公報
【特許文献２】特開平５−２９７８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、繰り返し発生する打撃騒音を低減することができる騒音低減システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態に係る騒音低減システムは、ＭＲＩ装置から発せられた、繰り返し発生する打撃騒音を含む騒音を低減するものであって、誤差信号生成手段、推定騒音生成手段、遅延信号生成手段、制御フィルタ、及びスピーカユニットを備える。誤差信号生成手段は、検出した前記騒音に基づいて誤差信号を生成する。推定騒音生成手段は、前記誤差信号と第１の制御信号とに基づいて、前記騒音の音圧の推定値を示す推定騒音信号を生成する。遅延信号生成手段は、前記ＭＲＩ装置の撮像シーケンス又はプレスキャンに基づいて決定され、前記打撃騒音が発生する時間間隔に対応する時間遅れ特性を有し、前記推定騒音信号から遅延信号を生成する。制御フィルタは、前記遅延信号から前記第１の制御信号を生成する。スピーカユニットは、前記第１の制御信号から第２の制御信号を生成する第１のフィルタと前記第２の制御信号を音波に変換して制御音を出力する制御スピーカとの組を少なくとも１組と、前記制御音を伝達する伝達手段と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る騒音低減技術の基本スキームを説明する図。
【図２】実施形態に係るスピーカユニットの例を示す図。
【図３】実施形態に係る２つの制御スピーカを備えるスピーカユニットを示す図。
【図４】第１の実施形態に係る騒音低減システムを示す図。
【図５】第２の実施形態に係る騒音低減システムを示す図。
【図６】第３の実施形態に係る騒音低減システムを示す図。
【図７】第４の実施形態に係る騒音低減システムを示す図。
【図８】第５の実施形態に係る騒音低減システムを示す図。
【図９】推定二次経路特性のインパルス応答を示すグラフ。
【図１０Ａ】騒音ｓ１に対してＡＬ３ｄを適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１０Ｂ】騒音ｓ１に対してＡＬ１を適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１０Ｃ】騒音ｓ１に対してＡＬ３を適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１０Ｄ】騒音ｓ１に対してＡＬ３ｂを適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１０Ｅ】騒音ｓ１に対してＡＬ５を適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１０Ｆ】騒音ｓ１に対してＡＬ３ｃを適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１１Ａ】図１０Ｂに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１１Ｂ】図１０Ｃに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１１Ｃ】図１０Ｄに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１１Ｄ】図１０Ｅに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１１Ｅ】騒音低減制御を行わない場合における騒音ｓ１の周波数特性を示すグラフ。
【図１２Ａ】騒音ｓ２に対してＡＬ３ｄを適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１２Ｂ】騒音ｓ２に対してＡＬ１を適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１２Ｃ】騒音ｓ２に対してＡＬ３を適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１２Ｄ】騒音ｓ２に対してＡＬ３ｂを適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１２Ｅ】騒音ｓ２に対してＡＬ５を適用した場合の試験結果を示すグラフ。
【図１３Ａ】図１２Ｂに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１３Ｂ】図１２Ｃに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１３Ｃ】図１２Ｄに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１３Ｄ】図１２Ｅに示したグラフの９〜１１秒における周波数特性を示すグラフ。
【図１３Ｅ】騒音低減制御を行わない場合における騒音ｓ２の周波数特性を示すグラフ。
【図１４】実施形態の変形例に係る騒音低減システムを示す図。
【図１５】実施形態の変形例に係る騒音低減システムを示す図。
【図１６】実施形態の変形例に係るＭＲＩ装置の表示画面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。
【００１０】
まず、実施形態に係る騒音低減システムの基本スキームを説明する。  
実施形態に係る騒音低減システムは、打撃騒音が発生する時間間隔（以下、打撃騒音間隔と称する）を時間遅れ要素としてフィードバック型ＡＮＣに組み込んだものである。これは、原理的には、直前の打撃騒音の信号をフィードフォワード型ＡＮＣにおける参照信号として扱うことと等価である。そのため、打撃騒音を低減することが可能となる。
【００１１】
実施形態に係る騒音低減システムは、打撃騒音を繰り返し発生する騒音発生体に適用することができる。ここでいう打撃騒音は、機械要素同士の衝突により発生する衝撃音のような、唐突に発生する騒音である。騒音発生体は、例えば、ＭＲＩ装置である。実施形態では、騒音低減システムをＭＲＩ装置に適用する例について説明する。ＭＲＩ装置は、ＭＲ信号を検出する繰り返し時間（ＴＲ）ごとにスライス選択傾斜磁場を印加し、それに伴って打撃騒音を発する。具体的には、スライス選択傾斜磁場を印加するために傾斜磁場コイルに流す電流を切り替えると、傾斜磁場コイルがローレンツ力を受けて瞬間的に振動し、それにより傾斜磁場コイルから大きな音が発生する。また、ＭＲＩ装置は、位相エンコードや読み取り時の傾斜磁場コイルの振動による周期騒音を発する。周期騒音は、正弦波信号などの明確な周波数を持つ騒音を指す。
【００１２】
実施形態では、打撃騒音間隔ＭＴＲ［秒］は事前に決定される。打撃騒音間隔は、撮像シーケンスの繰り返し時間に対応する場合が多い。この場合、打撃騒音間隔は、ＭＲＩ装置に入力する撮像シーケンスから決定することができる。打撃騒音間隔が撮像シーケンスの繰り返し時間に対応しない場合は、打撃騒音間隔は、プレスキャンから決定することができる。打撃騒音間隔が固定でなく変化する場合においても、プレスキャンから、変化するタイミングを事前にデータベース化することで対応可能である。ただし、間隔が変化するとしてもわずかな変化であるので、初期の打撃騒音間隔を与えれば打撃騒音低減の効果を充分に得ることができる。
【００１３】
図１は、実施形態に係る騒音低減システムを概略的に示している。図１に示される騒音低減システムは、ＭＲＩ装置から発せられた騒音を含む音を検出して誤差信号ｅを生成する誤差マイク（誤差信号生成部ともいう）１０と、誤差信号ｅに基づいて、騒音を打ち消すための制御信号ｕを生成する制御信号生成部２０と、制御信号ｕに基づいて制御音を発するスピーカユニット３０と、を備える。図１において、誤差マイク１０における騒音をｄ、誤差マイク１０における制御音をｙ、制御信号ｕから誤差マイク１０までの経路特性を示す二次経路特性をＣと表す。二次経路特性Ｃは、スピーカユニット３０の経路特性に対応する。
【００１４】
ＭＲＩ装置は強磁場環境であり且つ空間の狭さから、スピーカをＭＲＩ装置の内部に配置することができない。このため、スピーカとチューブとを組み合わせた音伝達システムが用いられる。チューブは、音波を伝達することができる中空管を指す。例えば、ＭＲＩ装置が設置される部屋の外側にスピーカを配置し、チューブによって制御音が誤差マイク１０に導かれる。誤差マイク１０は、例えば、ＭＲＩ装置のボアの近傍に設置される。チューブを用いる場合、入力信号（すなわち制御信号ｕ）の周波数特性と出力信号（すなわち制御音ｙ）の周波数特性との間の差が生じやすい。このため、スピーカユニット３０は、入力信号の周波数特性と出力信号の周波数特性との間の差を低減することができることが望ましい。また、チューブを長くすると、制御音ｙの音圧が小さくなる。スピーカユニット３０の構造については後述する。
【００１５】
制御信号生成部２０は、制御フィルタ２１、減算器（推定騒音信号生成部ともいう）２２、二次経路フィルタ２３、遅延フィルタ２４、及びフィルタ更新部２５を備える。二次経路フィルタ２３は、二次経路特性Ｃの推定値である推定二次経路特性Ｃ＾を有し、推定二次経路特性Ｃ＾で制御信号ｕを変換することによって推定制御信号ｚを生成する。推定二次経路特性Ｃ＾は、二次経路特性Ｃを事前に同定した結果に基づいて決定される。推定制御信号ｚは、制御音ｙの音圧の推定値を示す。減算器２２は、誤差信号ｅから推定制御信号ｚを減じることによって推定騒音信号ｄ′を生成する。推定騒音信号ｄ′騒音ｄの音圧の推定値を示す。
【００１６】
遅延フィルタ２４は、打撃騒音間隔ＭＴＲに基づいた時間遅れ特性Ｄを有し、時間遅れ特性Ｄで推定騒音信号ｄ′を変換することによって遅延信号ｒを生成する。制御フィルタ２１は、遅延信号ｒから制御信号ｕを生成する。制御フィルタ２１は、例えば、制御特性Ｋを有する適応フィルタであり、制御特性Ｋで遅延信号ｒを変換することによって制御信号ｕを生成する。
【００１７】
フィルタ更新部２５は、誤差信号ｅを小さくするように、制御フィルタ２１の適応フィルタを適応的に更新する。フィルタ更新部２５は、補助フィルタ２６及び更新部２７を含む。補助フィルタ２６は、推定二次経路特性Ｃ＾を有し、推定二次経路特性Ｃ＾で遅延信号ｒを変換することによって補助信号ｘ１を生成する。更新部２７は、誤差信号ｅ及び補助信号ｘ１を使用して、制御フィルタ２１の適応フィルタを適応的に更新する。フィルタ更新部２５は、例えば、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムやＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ＬＭＳ）アルゴリズムなどの更新則に従って更新を行う。ＬＭＳアルゴリズム及びＮＬＭＳアルゴリズムは、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘで用いられる。
【００１８】
図２は、スピーカユニット３０の一例を概略的に示している。図２に示されるように、スピーカユニット３０は、フィルタ特性ｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮで制御信号ｕを変換することによって制御信号ｕ１、ｕ２、・・・、ｕＮを生成するフィルタ３１−１、３１−２、・・・、３１−Ｎと、制御信号ｕ１、ｕ２、・・・、ｕＮを音波（制御音）に変換する制御スピーカ３２−１、３２−２、・・・、３２−Ｎと、制御スピーカ３２−１、３２−２、・・・、３２−Ｎから発せられた制御音を伝達する伝達部３３と、を備える。ここで、Ｎは１以上の整数である。伝達部３３は、制御スピーカ３２−１、３２−２、・・・、３２−Ｎが取り付けられた共鳴箱３４−１、３４−２、・・・、３４−Ｎと、チューブ３５−１、３５−２、・・・、３５−Ｎを介して共鳴箱３４−１、３４−２、・・・、３４−Ｎと接続される集音部３６と、集音部３６に接続されたチューブ３７と、を含む。例えば、チューブ３７の先端は、ＭＲＩ装置のボアの付近に配置され、誤差マイク１０は、チューブ３７の先端付近に配置される。それにより、ＭＲＩ装置のボア内に位置する被検体に到達する騒音を低減することができる。Ｎ＝１の場合、集音部３６は設けなくてよい。
【００１９】
共鳴箱３４−ｉは、内部空間を有する密閉した箱型の部材である。ここで、ｉは１以上Ｎ以下の整数である。制御スピーカ３２−ｉは、共鳴箱３４−ｉの内部空間に音波を発するように共鳴箱３４−ｉに固定されている。共鳴箱３４−ｉの側壁には孔が形成されており、この孔の部分にチューブ３５−ｉが取り付けられている。チューブ３５−ｉは共鳴箱３４−ｉと集音部３６とを接続する。チューブとしては、例えば、樹脂などの可撓性材料で形成された柔軟性のあるチューブを用いることができる。集音部３６は、制御スピーカ３２−１、３２−２、・・・、３２−Ｎから発せられた制御音を合成し、チューブ３７は合成制御音を誤差マイク１０及び被検体に伝達する。
【００２０】
図１の例では、各共鳴箱３４に１つの制御スピーカ３２が取り付けられている。共鳴箱３４に複数の制御スピーカ３２が取り付けられていてもよい。例えば、制御スピーカ３２−１が共鳴箱３４−１に取り付けられ、制御スピーカ３２−２、３２−３が共鳴箱３４−２に取り付けられる。また、制御スピーカ３２−１、３２−２、・・・、３２−Ｎのうちの少なくとも１つは、共鳴箱３４を介さずに、チューブ３５に直接に接続されていてもよい。ただし、制御スピーカ３２をチューブ３５に直接に接続する場合、制御スピーカ３２とチューブ３５の接続箇所から音が漏れることがある。共鳴箱３４を介して制御スピーカ３２をチューブ３５に接続することにより、このような音漏れを効果的に抑えることができる。さらに、共鳴箱３４による音の共鳴現象を利用することにより、制御音ｙの音圧を増大することができる。
【００２１】
Ｎが２以上である場合、フィルタ３１−１、３１−２、・・・、３１−Ｎは、例えば、下記式（１）を満たすように設計される。
【数１】
2016182298.tif 000003
ここで、ｈｉはフィルタ３１−ｉのフィルタ特性を表し、ｇｉはスピーカ３２−ｉの入力（制御信号ｕｉ）から誤差マイク１０までの経路特性を表し、Ｄは、入力信号から出力信号までの目標の伝達特性を表す。経路特性ｇ１、ｇ２、・・・、ｇＮは事前に測定される。経路特性ｇ１、ｇ２、・・・、ｇＮは互いに異なるように設計される。
【００２２】
一般的に、目標伝達特性Ｄは周波数帯域全体にわたって平坦な周波数特性であることが望ましい。しかしながら、実際には、スピーカ自体の特性や空間特性を考慮して、特定の周波数帯域において平坦な周波数特性となるように目標伝達特性が設定される。また、一般に騒音低減システムで低減しようとする騒音は低周波であるため、目標伝達特性は１００Ｈｚから２ｋＨｚまで平坦な特性を持つように設定すればよい。このように、目標伝達特性は状況に応じて設定される。
【００２３】
フィルタ３１−１、３１−２、・・・、３１−Ｎのフィルタ特性ｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮが式（１）を満たす場合、入力信号から出力信号までの伝達特性が目標伝達特性に一致する。式（１）を満たすフィルタ特性ｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮを求める方法としては、例えば、ＭＩＮＴ（multiple-input/output inverse-filtering theorem）などの手法を利用することができる。フィルタ３１−１、３１−２、・・・、３１−Ｎを設計する方法は、ＭＩＮＴを用いる方法に限らず、任意の他の方法であってもよい。例えば、特開２０１４−１７４３４５号公報に開示された設計方法を利用することができる。
【００２４】
なお、フィルタ特性ｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮのいくつかをスルー特性に設定してもよい。スルー特性を有するフィルタ３１−ｉは、制御信号ｕをそのまま制御スピーカ３２−ｉに出力する。
【００２５】
Ｎが１である場合、すなわち、１つのスピーカ３２−１が設けられる場合、フィルタ３１−１のフィルタ特性ｈ１は経路特性ｇ１の近似逆特性に設定される。ただし、この場合、入力信号から出力信号までの伝達特性と目標伝達特性との間にずれが生じる。或いは、フィルタ３１−１のフィルタ特性ｈ１はスルー特性に設定されてもよい。
【００２６】
以上のように、スピーカユニット３０では、入力信号から出力信号までの経路特性が目標伝達特性に一致するようにフィルタ３１−１、３１−２、・・・、３１−Ｎのフィルタ特性ｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮが決定される。それにより、入力信号の周波数特性と出力信号の周波数特性との間の差を低減することができる。
【００２７】
Ｎ＝２の場合におけるスピーカユニット３０の設計例について説明する。共鳴箱３４−１の寸法は、0.21ｍ×0.24ｍ×0.33ｍであり、スピーカ位置は（0.14, 0.23999, 0.11）であり、チューブ位置は（0.00001, 0.23999, 0.32999）である。座標の原点は共鳴箱の角の１つに設定している。共鳴箱３４−２の寸法は、0.141ｍ×0.165ｍ×0.51ｍであり、スピーカ位置は（0.094, 0.16499, 0.17）であり、チューブ位置は（0.00001, 0.16499, 0.50999）である。ここでいうスピーカ位置とは、制御スピーカ３２のコーンの位置を指す。ここでは、共鳴箱３４−１、３４−２の寸法は、下記式（２）に示される共鳴箱の固有角周波数を考慮して、逆数が約２、３、４、５、６、７となる値を割り振っている。
【数２】
2016182298.tif 000004
【００２８】
このようにすると、各辺による固有角周波数への影響がそれぞれ変わり、結果的に固有角周波数の数を増やすことができる。また、寸法は、完全な逆数ではなく、制御スピーカを辺の１／３の位置に置くことを考慮し、３の倍数としている。これは、下記式（３）及び（４）に示されるような音圧の伝達特性Ｐにおけるモード関数φｎを全ての固有角周波数において励起させるためである。
【数３】
2016182298.tif 000005
【００２９】
この設定は、制御スピーカ３２を共鳴箱の角のいずれかに設置した場合よりはモードの励起度合いは低いが、全モードを励起する配置になっており、共鳴箱３４−１と共鳴箱３４−２において励起されるモードも異なるため、共鳴箱３４−１と共鳴箱３４−２を組み合わせることで全体としてモード密度が高くなる。
【００３０】
チューブ３５−１、３５−２の長さは、４ｍ、６ｍである。これは、管路共鳴を考慮した長さであり、４ｍでは管路共鳴が４２．５Ｈｚごとに生じ、６ｍでは２８．３Ｈｚごとに生じるため、ノッチ特性をずらすことができる。
【００３１】
上述した構成を有する騒音低減システムは、繰り返し発生する打撃騒音を低減することができる。以下では、第１から第６の実施形態において制御信号生成部２０による更新処理を具体的に説明する。第１から第６の実施形態で説明する例では、図３に示すように、スピーカユニット３０はデジタルフィルタと制御スピーカの組を２組備える。
【００３２】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、遅れ付き逆フィルタシステムについて説明する。  
図４は、第１の実施形態に係る騒音低減システムを概略的に示している。図４に示される騒音低減システムは、誤差マイク１０、制御信号生成部２０、及びスピーカユニット３０を備える。スピーカユニット３０は、デジタルフィルタ３１−１、３１−２、制御スピーカ３２−１、３２−２、及び伝達部３３（図４には図示されていない）を含む。フィルタ３１−１とスピーカ３２−１との間には、制御信号ｕ１をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４１−１と、信号補間用のローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２−１と、が設けられている。フィルタ３１−２とスピーカ３２−２との間には、制御信号ｕ２をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４１−２と、信号補間用のローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２−２と、が設けられている。図４において、ｙ１は、誤差マイク１０における制御スピーカ３２−１からの制御音を表し、ｙ２は、誤差マイク１０における制御スピーカ３２−２からの制御音を表す。
【００３３】
誤差マイク１０は、ＭＲＩ装置からの騒音とスピーカ３２−１、３２−２からの制御音とを含む音を電気信号（誤差信号ｅ）に変換する。誤差信号ｅは、ＬＰＦ５１を通過し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５２によってデジタル信号に変換され、バンドパスフィルタ５３を通過する。ＬＰＦ５１は、エイリアス対策のために設けられる。バンドパスフィルタ５３は、制御帯域を調整するために設けられる。バンドパスフィルタ５３の帯域を変更することにより制御帯域を変更することができる。
【００３４】
制御信号生成部２０は、制御フィルタ２１、減算器２２、二次経路フィルタ２３、及び遅延フィルタ２４を備える。騒音低減システムでは、打撃騒音間隔ＭＴＲに対応する時刻前の信号を逆位相でスピーカから出力することで打撃騒音を低減することが可能である。本実施形態では、制御フィルタ２１のフィルタ特性は、二次経路特性Ｃの逆特性ｉｎｖＣであり、制御フィルタ２１は、逆特性ｉｎｖＣで遅延信号ｒを変換することによって制御信号ｕを生成する。逆特性ｉｎｖＣは、一般に、制御信号ｕが誤差マイク１０に至る経路である二次経路の遅れ特性以上の遅れ時間ｄｅｌａｙ２［秒］を設定し、遅れ時間ｄｅｌａｙ２の伝達特性Ｄ２がＣ・ｉｎｖＣに略等しくなるように、制御フィルタ２１を設計する。この場合、時間遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２）と設定される。本実施形態では、フィルタ更新部は設けられない。
【００３５】
本実施形態によれば、シンプルな構成で打撃騒音を低減することができる。ただし、サンプリング周波数が低い場合、一般に高周波帯域の騒音を低減することができない。さらに、サンプリング周波数によっては、ＭＴＲを正確に表現できない場合があり、位相ずれが生じる可能性がある。本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ１（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  １）と称する。
【００３６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、遅れ付き適応ＦＢ（フィードバック）型ＮＬＭＳシステムについて説明する。  
図５は、第２の実施形態に係る騒音低減システムを概略的に示している。図５に示される騒音低減システムは、誤差マイク１０、制御信号生成部２０、及びスピーカユニット３０を備える。スピーカユニット３０などの第１の実施形態と同じ部分については、説明を省略する。
【００３７】
制御信号生成部２０は、制御フィルタ２１、減算器２２、二次経路フィルタ２３、遅延フィルタ２４、及びフィルタ更新部２５を備える。本実施形態では、制御フィルタ２１の制御特性Ｋは、フィルタ更新部２５によって適応的に更新される。フィルタ更新部２５は、補助フィルタ２６及び更新部２７を含む。補助フィルタ２６は、推定二次経路特性Ｃ＾を有し、推定二次経路特性Ｃ＾で遅延信号ｒを変換することによって補助信号ｘ１を生成する。更新部２７は、ＮＬＭＳアルゴリズムに従って、誤差信号ｅ及び補助信号ｘ１を用いて制御フィルタ２１の制御特性Ｋを適応的に更新する。
【００３８】
時間遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２）程度に設定される。本実施形態では、制御フィルタ２１を適応的に変化させることにより、サンプリング周波数などにより生じた位相ずれの調整ができるため、高周波帯域の騒音が低減可能となる。制御フィルタ２１の初期状態は、例えば、０ベクトル、或いは、二次経路特性Ｃの逆特性ｉｎｖＣとすることができる。制御フィルタ２１の初期状態を０ベクトルとした本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ２（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ２）、制御フィルタ２１の初期状態を逆特性ｉｎｖＣとした本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ２ｂ（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ２ｂ）と称する。ＡＬ２ｂの場合、時間遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２）に限定する必要があるが、打撃騒音低減の効果が生じるまでの時間が短くなる。
【００３９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、遅れ付き適応ＦＢ型高速更新システムについて説明する。  
図６は、第３の実施形態に係る騒音低減システムを概略的に示している。図５に示される騒音低減システムは、誤差マイク１０、制御信号生成部２０、及びスピーカユニット３０を備える。スピーカユニット３０などの第１の実施形態と同じ部分については、説明を省略する。
【００４０】
制御信号生成部２０は、制御フィルタ２１、減算器２２、二次経路フィルタ２３、遅延フィルタ２４、及びフィルタ更新部２５を備える。本実施形態では、制御フィルタ２１の制御特性Ｋは、フィルタ更新部２５によって適応的に更新される。フィルタ更新部２５は、補助フィルタ２６、更新部２７、補助フィルタ２８、及び減算器２９を含む。補助フィルタ２６は、推定二次経路特性Ｃ＾を有し、推定二次経路特性Ｃ＾で遅延信号ｒを変換することによって補助信号ｘ１を生成する。補助フィルタ２８は、現時刻（最新）の制御特性Ｋを有し、この制御特性Ｋで補助信号ｘ１を変換することによって信号ｗを生成する。減算器２９は、推定制御信号ｚから信号ｗを減じることによって補助信号ｘ２を生成する。更新部２７は、高速更新則に従って、誤差信号ｅ、補助信号ｘ１、補助信号ｘ２に基づいて制御フィルタ２１の制御特性Ｋを適応的に更新する。本実施形態に係る更新則については、後藤「遅れ特性の悪影響を緩和する騒音制御手法の提案」、日本音響学会研究発表会講演論文集、日本音響学会編、565-568, 2014に開示されている。概略的には、制御特性Ｋは、最急降下法を利用して、例えば下記式（５）に示す評価関数Ｊを最小にするように更新される。
【数４】
2016182298.tif 000006
【００４１】
ここで、ｎは時刻を表す。例えば、ｅ（ｎ）は、時刻ｎにおける誤差信号を表す。具体的には、制御特性Ｋは、下記式（６）又は（７）に従って更新される。式（６）はＬＭＳに基づいた更新則であり、式（７）はＮＬＭＳに基づいた更新則である。
【数５】
2016182298.tif 000007
【００４２】
ここで、μは最急降下法におけるステップサイズを表す。θＫは制御特性ＫのＦＩＲ表記であり、ＫＬはθＫのフィルタ長を表す。θＣ＾は推定二次経路特性Ｃ＾のＦＩＲ表記であり、ＣＬはθＣ＾のフィルタ長を表す。ψ（ｎ）は補助信号ｘ１の時系列データを表す。
【００４３】
本実施形態では、信号ｚと信号ｗとの差を評価関数に組み入れることにより、この差が開いた場合に更新速度が自動的に遅くなり、発散が抑制される。さらに、ステップサイズμを大きい値に設定することができるので、更新速度が速くなる。
【００４４】
時間遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２）程度に設定される。本実施形態では、制御フィルタ２１を適応的に変化させることにより、サンプリング周波数などにより生じた位相ずれの調整ができるため、高周波帯域の騒音が低減可能となる。制御フィルタ２１の初期状態は、例えば、０ベクトル、或いは、二次経路特性Ｃの逆特性ｉｎｖＣとすることができる。制御フィルタ２１の初期状態を０ベクトルとした本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ３（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ３）、制御フィルタ２１の初期状態を逆特性ｉｎｖＣとした本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ３ｂ  （Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ３ｂ）と称する。ＡＬ３ｂの場合、時間遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２）に限定する必要があるが、打撃騒音低減の効果が生じるまでの時間が短くなる。
【００４５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、遅れ及び逆フィルタ付き適応ＦＢ型ＮＬＭＳシステムについて説明する。  
第４の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態との組み合わせに相当する。第１の実施形態及び第２の実施形態と同じ部分については、説明を省略する。  
図７は、第４の実施形態に係る騒音低減システムを概略的に示している。図７に示される制御信号生成部２０は、制御フィルタ２１、減算器２２、二次経路フィルタ２３、遅延フィルタ２４、及びフィルタ更新部２５を備える。本実施形態では、制御フィルタ２１は、二次経路特性Ｃの逆特性ｉｎｖＣで遅延信号ｒを変換する逆フィルタ７１と、制御特性Ｋで逆フィルタ７１の出力信号を変換することによって制御信号ｕを生成する適応フィルタ７２と、を含む。制御特性Ｋは、フィルタ更新部２５によって適応的に更新される。フィルタ更新部２５は、補助フィルタ２６及び更新部２７を含む。補助フィルタ２６は、推定二次経路特性Ｃ＾を有し、推定二次経路特性Ｃ＾で逆フィルタ７１の出力信号を変換することによって補助信号ｘ１を生成する。更新部２７は、ＮＬＭＳアルゴリズムに従って、誤差信号ｅ及び補助信号ｘ１を用いて制御フィルタ２１の制御特性Ｋを適応的に更新する。
【００４６】
逆フィルタ型システムは、高域周期騒音低減には不向きであるが、比較的周波数が低い打撃騒音低減には向いている。そのため、制御初期段階から打撃騒音成分低減が可能となる。サンプリング周波数などにより生じる位相ずれの調整は、適応フィルタ更新により行われる。本実施形態では、制御特性Ｋの初期状態は、ｄｅｌａｙ３／ｆｓタップで１となるように、［0,…,0,1,0,…,0］と設定する。ｆｓはシステムの制御周波数を表す。これにより、初期段階からＡＬ１と同程度の効果を出すことが可能となる。ｉｎｖＣは、二次経路の遅れ特性以上のある遅れ時間ｄｅｌａｙ２を設定しＤ２＝Ｃ・ｉｎｖＣとなるように設計する。この場合、遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２−ｄｅｌａｙ３）と設定する。
【００４７】
本実施形態によれば、打撃騒音低減の効果が生じるまでの時間を短縮することができる。本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ４（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ４）と称する。
【００４８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、遅れ及び逆フィルタ付き適応ＦＢ型高速更新システムについて説明する。  
第５の実施形態は、第１の実施形態と第３の実施形態との組み合わせに相当する。第１の実施形態及び第３の実施形態と同じ部分については、説明を省略する。  
図８は、第５の実施形態に係る騒音低減システムを概略的に示している。図８に示される騒音低減システムは、制御フィルタ２１、減算器２２、二次経路フィルタ２３、遅延フィルタ２４、及びフィルタ更新部２５を備える。本実施形態では、制御フィルタ２１は、二次経路特性Ｃの逆特性ｉｎｖＣで遅延信号ｒを変換する逆フィルタ７１と、制御特性Ｋで逆フィルタ７１の出力信号を変換することによって制御信号ｕを生成する適応フィルタ７２と、を含む。制御特性Ｋは、フィルタ更新部２５によって適応的に更新される。
【００４９】
フィルタ更新部２５は、補助フィルタ２６、更新部２７、補助フィルタ２８、及び減算器２９を含む。補助フィルタ２６は、推定二次経路特性Ｃ＾を有し、推定二次経路特性Ｃ＾で逆フィルタ７１の出力信号を変換することによって補助信号ｘ１を生成する。補助フィルタ２８は、現時刻の制御特性Ｋを有し、この制御特性Ｋで補助信号ｘ１を変換することによって信号ｗを生成する。減算器２９は、推定制御信号ｚから信号ｗを減じることによって補助信号ｘ２を生成する。更新部２７は、高速更新則に従って、誤差信号ｅ、補助信号ｘ１、補助信号ｘ２に基づいて制御フィルタ２１の制御特性Ｋを適応的に更新する。
【００５０】
逆フィルタ型システムは、高域周期騒音低減には不向きであるが、比較的周波数が低い打撃騒音低減には向いている。そのため、制御初期段階から打撃騒音成分低減が可能となる。サンプリング周波数などにより生じる位相ずれの調整は、適応フィルタ更新により行われる。本実施形態では、制御特性Ｋの初期状態は、ｄｅｌａｙ３／ｆｓタップで１となるように、［0,…,0,1,0,…,0］と設定する。ｆｓはシステムの制御周波数を表す。これにより、初期段階からＡＬ１と同程度の効果を出すことが可能となる。ｉｎｖＣは、二次経路の遅れ以上のある遅れ時間ｄｅｌａｙ２を設定しＤ２＝Ｃ・ｉｎｖＣとなるように設計する。この場合、時間遅れ特性Ｄは、（ＭＴＲ−ｄｅｌａｙ２−ｄｅｌａｙ３）と設定する。
【００５１】
本実施形態によれば、打撃騒音低減の効果が生じるまでの時間を短縮することができる。本実施形態に係る騒音低減システムをＡＬ５（Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ５）と称する。
【００５２】
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、最初の打撃騒音を低減する方法を簡単に説明する。第１から第５の実施形態に係る騒音低減システムでは、最初の打撃騒音を低減することができない。よって、最初の打撃騒音が発生する時間区間では、周期騒音を低減する従来のフィードバック型ＡＮＣシステムを適用する。例えば、従来のフィードバック型ＡＮＣシステムは、図１に示される騒音低減システムから遅延フィルタを削除したシステムに対応する。
【００５３】
本実施形態に係る騒音低減システムは、第１から第５の実施形態に係る騒音低減システムのいずれかと、従来のフィードバック型ＡＮＣシステムの制御信号生成部と、を含む。本実施形態では、最初の打撃騒音が発生する時間区間では、従来のフィードバック型ＡＮＣシステムの制御信号生成部が生成する制御信号を用い、それ以降では、第１から第５の実施形態に係る騒音低減システムのいずれかの制御信号生成部２０を用いる。それにより、最初の打撃騒音を低減することができる。ただし、ＭＲＩ装置からの騒音に短い周期の騒音成分が含まれない場合は、本実施形態に係る騒音低減システムは使用しない。
【００５４】
（シミュレーション）
以下に、発明者らが検証した試験結果を示す。  
エイリアス対策用のフィルタ５１及び信号補間用のフィルタ４２はともに４ｋＨｚカットオフのＬＰＦである。制御帯域は１００Ｈｚ〜４ｋＨｚとし、それに応じてバンドパスフィルタ５３の帯域を設定した。ＭＲ騒音は、騒音ｓ１と騒音ｓ２の２種類用いた。騒音ｓ２は、騒音ｓ１に比べて打撃騒音が顕著な騒音である。
【００５５】
推定二次経路特性Ｃ＾のインパルス応答は、図９に示すものであり、スピーカユニット３０を適用することにより、目標伝達特性に近いものとなる。
【００５６】
図１０Ａから図１０Ｆは、騒音ｓ１についての試験結果を示す。図１０Ａから図１０Ｆにおいて、制御は約３秒に開始している。図１０Ａは、ＡＬ３において時間遅れ特性Ｄを１としたシステムＡＬ３ｄに関する試験結果を示す。このシステムＡＬ３ｄは、従来のフィードバック型ＡＮＣシステムに対応する。図１０Ａに示されるように、時間遅れ特性Ｄを適切に設定しない場合、ＭＲ騒音の周期騒音は低減することができるが、打撃騒音は除去できずに残る。図１０Ｂは、ＡＬ１に関する試験結果を示す。図１０Ｂからは、打撃騒音を低減できていることがわかる。図１０Ｃは、ＡＬ３に関する試験結果を示す。図１０Ｃからは、打撃騒音を低減できていることがわかる。ただし、初期打撃区間を除いて、収束までに１．５秒程度の時間がかかっている。図１０Ｄは、ＡＬ３ｂに関する試験結果を示す。図１０Ｃ及び図１０Ｄから、ＡＬ３よりもＡＬ３ｂの方が制御効果が生じるまでに要する時間が短いことがわかる。これは、制御フィルタの初期状態を逆フィルタ特性にしたためである。
【００５７】
図１０Ｅは、ＡＬ５に関する試験結果を示す。図１０Ｅからは、ＡＬ５はＡＬ３ｂと同様に制御効果が生じるまで時間がかからないことがわかる。図１０Ｆは、ＡＬ３において初期打撃区間に従来のフィードバック型ＡＮＣを適用したシステムＡＬ３ｃに関する試験結果を示す。図１０Ｆからは、初期打撃区間においても騒音低減が生じていることがわかる。
【００５８】
以上から、従来のフィードバック型ＡＮＣシステムは打撃騒音を低減することができないが、本実施形態に係る騒音低減システムは、打撃騒音を低減することができることがわかる。
【００５９】
次に、制御効果を周波数特性から評価する。図１１Ａは、ＡＬ１に関する試験結果である図１０Ｂにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１１Ｂは、ＡＬ３に関する試験結果である図１０Ｂにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１１Ｃは、ＡＬ３ｂに関する試験結果である図１０Ｃにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１１Ｄは、ＡＬ５に関する試験結果である図１０Ｅにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１１Ｅは、制御を行わない場合の周波数特性を示す。
【００６０】
図１１Ａ及び図１１Ｂからは、ＡＬ３は２ｋＨｚ以下の周波数において音圧が高い騒音（−７５ｄＢ以上の騒音）を低減できているが、１ｋＨｚ以上の周波数において音圧が低い騒音（−７５ｄＢ以下の騒音）に関しては、ＡＬ１の方が制御効果が高いことがわかる。これは、ＡＬ３の制御フィルタがまだ収束していないためである。図１１Ｃ及び図１１Ｄからは、ＡＬ３ｂ及びＡＬ５は制御効果が同程度であり、ＡＬ１及びＡＬ３に比べ制御効果が高いことがわかる。
【００６１】
以上から、ＭＲ騒音ｓ１の場合、制御効果が生じるまで時間が短く、制御効果が高いＡＬ３ｂ又はＡＬ５を用いるのがよい。
【００６２】
図１２Ａから図１２Ｅは、騒音ｓ２についての試験結果を示す。図１２Ａから図１２Ｅにおいて、制御開始は約３秒である。図１２Ａは、ＡＬ３において時間遅れ特性Ｄを１としたシステムＡＬ３ｄに関する試験結果を示す。図１２Ａに示されるように、時間遅れ特性Ｄを適切に設定しない場合、ＭＲ騒音の打撃騒音は除去できずに残る。図１２Ｂは、ＡＬ１に関する試験結果を示す。図１２Ｂからは、打撃騒音を低減できていることがわかる。図１２Ｃは、ＡＬ３に関する試験結果を示す。図１２Ｃからは、打撃騒音を低減できていることがわかる。ただし、初期打撃区間を除いて、収束までに１．５秒程度の時間がかかっている。図１２Ｄは、ＡＬ３ｂに関する試験結果を示す。図１２Ｃ及び図１２Ｄから、ＡＬ３よりもＡＬ３ｂの方が制御効果が生じるまでに要する時間が短いことがわかる。これは、制御フィルタの初期状態を逆フィルタ特性にしたためである。図１２Ｅは、ＡＬ５に関する試験結果を示す。図１０Ｅからは、ＡＬ５はＡＬ３ｂと同様に制御効果が生じるまで時間がかからないことがわかる。
【００６３】
以上から、従来のフィードバック型ＡＮＣシステムは打撃騒音を低減することができないが、本実施形態に係る騒音低減システムは、打撃騒音を低減することができることがわかる。
【００６４】
次に、制御効果を周波数特性から評価する。図１３Ａは、ＡＬ１に関する試験結果である図１２Ｂにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１３Ｂは、ＡＬ３に関する試験結果である図１２Ｂにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１３Ｃは、ＡＬ３ｂに関する試験結果である図１２Ｃにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１３Ｄは、ＡＬ５に関する試験結果である図１２Ｅにおける９〜１１秒の区間での周波数特性を示す。図１３Ｅは、制御を行わない場合の周波数特性を示す。
【００６５】
図１３Ａ及び図１３Ｂからは、ＡＬ１よりもＡＬ３ｂの方が制御効果が高いことがわかる。図１１Ｃ及び図１１Ｄからは、ＡＬ３ｂ及びＡＬ５は制御効果が同程度であり、ＡＬ１に比べ制御効果が高いことがわかる。しかし、２．５ｋＨｚから３ｋＨｚの帯域の騒音に関しては、ＡＬ３ｂ及びＡＬ５がＡＬ３に比べて高く、制御ＯＦＦにした場合よりも高い。すなわち、ＡＬ３ｂ及びＡＬ５では、２．５ｋＨｚから３ｋＨｚの帯域の騒音が増音している。これは、もともとこの帯域の騒音の寄与率が低く、逆フィルタ特性が正確ではないため、増音を発生させてといえる。
【００６６】
以上から、ＭＲ騒音ｓ２の場合、制御効果が生じるまでの時間を短くしたい場合、ＡＬ３ｂ又はＡＬ５を用いるのがよく、２．５ｋＨｚから３ｋＨｚの帯域の増音を防ぎたい場合は、ＡＬ３を用いるのがよい。
【００６７】
以上のように、騒音ｓ１のように制御帯域全体にわたって騒音レベルが高い騒音に関しては、制御効果が生じるまでの時間が短く、かつ、制御効果が高いＡＬ３ｂ又はＡＬ５を用いるのが適切である。また、騒音ｓ２のように制御帯域に騒音レベルが低い帯域が存在する騒音に関しては、制御効果が生じるまでの時間を短くしたい場合、ＡＬ３ｂ又はＡＬ５を用いるのが適切であり、騒音レベルが低い帯域の増音を防ぎたい場合は、ＡＬ３を用いるのが適切である。
【００６８】
（変形例）
ＭＲＩ騒音は音量が大きいため、制御スピーカからの出力では充分に同位相逆振幅の音波を誤差マイクで生成できない場合がある。この場合、スピーカ入力電圧の最大値に達し、すなわち、サチレーションが発生し、制御不能となる。これを回避するために、図１４に示すように、制御フィルタ２１とスピーカユニット３０との間に、制御信号ｕを制御スピーカ３２の許容入力以下に抑える回路部６１が設けられてもよい。回路部６１の出力信号ｕｓは、制御信号ｕに対しサチレーション（スピーカへの最大印加電圧を考慮し設定する）をかけた後の信号であり、信号ｕｓがスピーカユニット３０の入力となる。この場合、推定制御信号は、信号ｕｓを二次経路フィルタ２３で変換することによって得られる信号ｚ１となる。この信号ｚ１を用いて推定騒音信号が算出される。
【００６９】
フィルタ更新部２５に与える誤差信号は、次のように生成される。減算器６２が制御信号ｕから信号ｕｓを減じることによって信号ｕｒを生成する。二次経路フィルタ６３が推定二次経路特性Ｃ＾で信号ｕｒを変換することによって信号ｚ２を生成する。この信号ｚ２はサチレーションにより反映されなかった誤差マイク１０における制御信号に対応する。加算器６４が誤差信号ｅに信号ｚ２を加算することによって信号ｅ２を生成する。この信号ｅ２が誤差信号としてフィルタ更新部２５に与えられる。こうすることにより、フィルタ更新部２５は、誤差信号ｅが減少していると判断することができ、制御フィルタ２１の更新が継続される。図４から図８のアルゴリズムに組み込む場合、フィルタ更新部２５で用いる誤差信号ｅが信号ｅ２となり、信号ｚが信号ｚ１＋ｚ２となることに注意する必要がある。
【００７０】
ＭＲＩ装置には、一般に、駆動コイルを冷却する冷凍機が設けられる。冷凍機は、ＭＲＩ装置の騒音とは別に騒音を発生する。冷凍機の騒音は、ＭＲＩ装置自体の騒音の周期とは異なる。このため、制御に悪影響を及ぼす場合がある。減算器２２と遅延フィルタ２４との間に、ＭＲＩ装置と異なる騒音源（この例では冷凍機）から発せられた騒音の成分を除去する回路部１５００が設けられていてもよい。回路部１５００は、推定騒音信号ｄ′から冷凍機騒音などを除去する。回路部１５００は、２つの線形予測フィルタＬＰ１、ＬＰ２を含む不要信号除去機構である。線形予測フィルタＬＰ１は、ＭＲＩ騒音に含まれる短い周期の周期騒音を取得するものであり、信号ｑ１を出力する。Ｄ３は、遅れ要素であり、２０／ｆｓ〜２００／ｆｓ［秒］程度に設定する。Ｄ３はＭＴＲ／２以下に設定しなければならない。線形予測フィルタＬＰ２は、推定騒音信号ｄ′から信号ｑ１を除いた信号ｅｑから打撃騒音成分ｑ２を取り出す。Ｄ４は、打撃騒音間隔に基づいて決定され、（ＭＴＲ−１５０／ｆｓ）［秒］程度に設定する。最終的に、信号ｑ１と信号ｑ２を加算することにより、冷凍機騒音などの不要信号が除去された推定ＭＲＩ騒音ｄ″が取得される。線形予測フィルタＬＰ１、ＬＰ２の更新方法はＮＬＭＳなどを用いる。図４から図８のアルゴリズムに組み込む場合、減算器２２と遅延フィルタ２４との間に回路部１５００を組み込み、信号ｄ″を推定騒音信号として扱えばよい。
【００７１】
オペレータは、ＭＲＩ装置本体が設置された部屋の外部からＭＲＩ装置のコンソールを操作する。このため、オペレータは、騒音低減システムによって騒音が低減しているか否かを判断することができない。騒音低減システムは、騒音が低減しているか否かをオペレータに報知する報知部を備えることができる。例えば、騒音低減システムは、図１６に示すように、ＭＲＩ装置の表示画面１６００に制御情報を表示する。表示画面１６００は、例えば、誤差信号ｅの時間変化を表示する領域１６０１と、誤差信号ｅの現在の信号レベルを表示する領域１６０２と、騒音が低減しているか否かを示す情報を表示する領域１６０３と、を含む。領域１６０３では、例えば、誤差信号ｅの信号レベルが閾値未満である場合に領域１６０４が青色に点灯し、誤差信号ｅの信号レベルが閾値以上である場合に領域１６０５が赤色に点灯する。これにより、オペレータが騒音低減システムが正常に機能しているか否かを判断することが可能となる。
【００７２】
上述した実施形態に係る騒音低減システムは、ＭＲＩ装置に限らず、打撃騒音を繰り返し発生する装置一般に適用することができる。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１０…誤差マイク、２０…制御信号生成部、２１…制御フィルタ、２２…減算器、２３…二次経路フィルタ、２４…遅延フィルタ、２５…フィルタ更新部、２６…補助フィルタ、２７…更新部、２８…補助フィルタ、２９…減算器、３０…スピーカユニット、３１…デジタルフィルタ、３２…制御スピーカ、３３…伝達部、３４…共鳴箱、３５…チューブ、３６…集音部、３７…チューブ、６１…回路部、６２…減算器、６３…二次経路フィルタ、６４…加算器、７１…逆フィルタ、７２…適応フィルタ、１５００…回路部、１６００…表示画面。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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