(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放空間に置かれた騒音源から放射される騒音の音響パワーを低減する能動消音装置であって、前記騒音源から放射された騒音と相関のある信号を検出するセンシング手段と、制御系の制御係数を時々刻々適応的に算出する制御係数算出手段と、この手段で算出された制御係数と前記センシング手段で得られた検出信号との所定の演算を行う制御係数演算手段と、前記センシング手段に対して遮音材を介して固定的に配置され、前記制御係数演算手段の出力を導入して前記騒音源の騒音とは逆位相で同じ体積速度（振幅）の音響エネルギを放出する付加音源と、前記センシング手段で得られた検出信号の位相を遅らせる遅延手段と、この遅延手段を通過した信号と前記制御係数演算手段の出力との和を誤差信号として前記制御係数算出手段に導入する誤差信号検出手段とを備え、
前記遅延手段の位相遅れをφfとし、前記騒音源と前記付加音源との間の距離をｄとするとき、
前記騒音源から放射された騒音を打ち消すための条件として：
ｋｄ＞φf（但し、ｋは波長）
を満たし、かつ前記騒音を打ち消すために音響パワーを低下させる条件として：
π／２＞φf＞−π／２を満たし、かつ
π＞ｋ・ｄ
を満たすように、前記位相遅れφfを前記遅延手段に設定し、前記騒音源と前記付加音源とを配置することにより、前記センシング手段を前記騒音源の近傍に位置させることで上記騒音源の放射エネルギを吸取り、上記騒音源の周囲の全空間領域の音響パワーを低減させることを特徴とする能動消音装置。
【請求項２】
前記付加音源は、２個以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の能動消音装置。
【請求項３】
前記遅延手段は、Ｍ系列ランダム信号で前記付加音源を駆動したときに前記センシング手段で検出されたランダムノイズ信号を用いて適応制御によって同定された上記付加音源から上記センシング手段までの空間伝達の係数を用いて位相遅れを実現していることを特徴とする請求項１に記載の能動消音装置。
【請求項４】
前記センシング手段と前記付加音源とは実質的に１つの筐体内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の能動消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筐体の開口部やダクト開口部あるいは機器から放射される騒音を低減するために用いられる能動消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、最近では音響技術と電気制御技術とを用いて騒音を低減する手法が種々提案されている。
たとえば、図８(a) に示すように、ダクト１内の騒音源２から出た騒音がダクト１の出口３から外部へ漏れ出すのを阻止する場合には、通常、図８(b) あるいは図８(C) に示す方法が採用される。
【０００３】
図８(b) に示す方法では、騒音源２から伝播してくる音に対して逆位相の音をスピーカ４で出力し、この音と騒音源２から伝播した音とを干渉させてダクト１内の出口３に近い部分の音圧を零にする。音圧零の点ができると、音響インピーダンスの違いからその点で音が反射され、出口３側に音が伝播しなくなる。なお、騒音源２の音の検出には検知マイク５が使用され、また音圧零の点ができたかどうかの検出には評価用マイク６が使用される。そして、音圧零に近づけるための制御は、自動的に制御係数を決定する適応制御システム７が使用される。
【０００４】
図８(C) に示す方法では、ダクト１の外側にスピーカ４を設置し、ダクト１の出口３から湧き出した流体と同じ量（同じ体積速度）だけスピーカ２で吸込ませ、ダクト騒音の音響パワーを最小にすることで周囲の音圧を低減させるようにしている。ダクト１から放射される音を効率よくスピーカ４に吸込ませるための付加音源の位相と振幅（体積速度）は、ダクト１の出口３の近くに設置された評価用マイク６およびスピーカ４の位置により決定される。そこで、この方法では、予め計算により求めた最適配置に評価用マイク６などを設置し、適応制御システム７a で適応制御を行うことで、評価用マイク６の設置位置における音圧だけではなく、周囲全空間領域についても消音するようにしている。この方法の特徴は、スピーカの個数および配置方法の違いにより消音効果が変化する点にある。
【０００５】
また、たとえば、図９(a) に示すように、筐体１１内の騒音源２から出た騒音が筐体１１に設けられている開口部１２から外部へ漏れ出すのを阻止する場合には、通常、図９(b) あるいは図９(C) に示す方法が採用される。
【０００６】
図９(b) に示す方法では、筐体１１の内部にダクト１３を設置して騒音源２から出た音がダクト１３を１次元的に伝播するようにし、この構造に図８(b) に示した手法を適用して開口部１２から放射する音を消音するようにしている。
【０００７】
図９(c) に示す方法では、筐体１１における開口部１２の近くにスピーカ４および評価用マイク６を設置し、図８(c) で示した手法を適用して消音するようにしている。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の消音手法では、次のような問題があった。
すなわち、図１０(a),(b),(C) に示すように筐体１１の内部にダクトを設置する空間がない場合や、図１０(d) に示すように筐体などに覆われずに開放空間に騒音源２が存在している場合には、図８(c) に示すように音を吸込んで音響パワーを最小にする方法が適している。しかし、この方法を適用しても、周期音についてはある程度の消音効果が得られるものの、ランダム騒音については低周波数領域で僅かな消音効果が得られるに過ぎない。
【０００９】
以下に、この理由を説明する。
一般に、適応制御システムを使用してランダム騒音源を消音対象とする場合には以下の点に注意しなければならない。すなわち、騒音源から出た音よりも、付加音源であるスピーカから出た音の方が遅く評価用マイクに伝播するようでは消音はできない。この状態を因果性を満たさないと呼び、このときの制御フィルタ係数は進み位相特性を有し、制御回路では実現できない。このため、評価用マイク位置において音圧を下げることが不可能となる。したがって、評価用マイク位置の音圧を低下させるには、付加音を制御回路で生成する時間分だけ、騒音源からの音を遅らせて評価用マイクに到達させなければならず、そのために図８(b) に示したようなダクトが必要となる。騒音源から出た音には、ダクトを伝播することで音響遅延が掛かる。これは、図８(c) に示す音を吸い込む適応制御システムにおいても同じで、音響遅延として作用するダクトがなければ、ランダム騒音を消音させることはできない。
【００１０】
ここで、ダクトのない騒音源を対象とし、音を吸込む消音方式を採用したときに音響パワーを最小とする４種類の配置について考察してみる。
今、図１１に示すように、騒音源をＡ，評価用マイクをＢ，音を吸込むためのスピーカをＺa,Ｚb とし、騒音源Ａと評価用マイクＢとの間の距離をＬ、スピーカＺa,Ｚb と評価用マイクＢとの間の距離をＲ、騒音源ＡとスピーカＺa,Ｚb との間の距離をＤとする。
【００１１】
制御回路で逆位相を生成するまでの時間に相当する音響伝播距離をＳとすると、因果性を満たすためには次の条件式を満たす必要がある。
Ｌ−Ｒ＞Ｓ（＝０．４ｍ）                        …(1)
すなわち、Ｌ−Ｒを４０cm以上に設定する必要がある。
【００１２】
そこで、図１１(a),(b),(c),(d) に示す４つの配置パターンについて考察してみる。
(1) 図１１(a) の配置パターンの場合
最適配置条件  Ｌ＝Ｒ＝Ｄより、
Ｌ−Ｒ＝０
よって、条件式(1) を満たさず、ランダム騒音の消音は不可能。
【００１３】
(2) 図１１(b) の配置パターンの場合
最適配置条件  Ｒ＝（Ｌ2 ＋Ｄ2 ）0.5
Ｒ＞Ｌより、条件式(1) を満たさず、ランダム騒音の消音は不可能。
【００１４】
(3) 図１１(c) の配置パターンの場合
最適配置条件  Ｌ＝０．６Ｄ
Ｒ＝Ｄ−Ｌ＝０．４Ｄ
条件式(1) より、Ｌ−Ｒ＝０．２Ｄ
この場合には、Ｄ＞２ｍを満たせば因果性を満たし、評価用マイクＢの位置でランダム騒音の消音が可能となるが、音響パワーは騒音源ＡとスピーカＺa ，Ｚb の間の距離Ｄが大きくなるほど劣化することから、２ｍも離した場合は広い周波数帯域で大幅な消音効果を上げることは期待できない。
【００１５】
(4) 図１１(d) の配置パターンの場合
騒音源ＡとスピーカＺa ，Ｚb との配置が(3) と同じであるが、評価用マスクＢをスピーカＺb の外側に設置している。
【００１６】
条件式より、Ｌ−Ｒ＝Ｄであり、この場合には騒音源ＡとスピーカＺa ，Ｚb との間の距離Ｄを０．４ｍ以上にすれば、因果性を満たし評価用マイクＢの位置において音圧を低下させることができる。しかし、このときの評価用マイクＢの位置は最適配置からはずれ、広い周波数帯域で大幅な消音効果を得ることはできない。なお、低周波数帯域に限れば音響パワーを低下させることができる。
【００１７】
以上４種類の最適配置について因果性を満たす条件をもとに消音効果を見積もったが、どの配置も、図８(c) に示したダクトから放射する音を対象にした場合と比べて消音効果が大幅に劣化する。
【００１８】
このように、音を吸込んで音響パワーを最小にする従来の能動消音装置では、開放空間に音源が存在しているような騒音源に対しては、周期音の消音しか実現できない問題があった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、音を吸込んで音響パワーを最小にする従来の能動消音装置では、付加音源であるスピーカを騒音源に近づけるほど大きな消音効果が得られるが、因果性の面からスピーカを騒音源に近づけることができず、これが原因して開放空間に騒音源が存在しているような対象の場合には、周期音の消音しか実現できない問題があった。
【００２０】
そこで本発明は、筐体の開口部やダクトの開口部から放射されようとする騒音は勿論のこと、開放空間に存在している騒音源からのランダム騒音に対しても、音響パワーをアクティブに低減することができる能動消音装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、開放空間に置かれた騒音源から放射される騒音の音響パワーを低減する能動消音装置であって、前記騒音源から放射された騒音と相関のある信号を検出するセンシング手段と、制御系の制御係数を時々刻々適応的に算出する制御係数算出手段と、この手段で算出された制御係数と前記センシング手段で得られた検出信号との所定の演算を行う制御係数演算手段と、前記センシング手段に対して遮音材を介して固定的に配置され、前記制御係数演算手段の出力を導入して前記騒音源の騒音とは逆位相で同じ体積速度（振幅）の音響エネルギを放出する付加音源と、前記センシング手段で得られた検出信号の位相を遅らせる遅延手段と、この遅延手段を通過した信号と前記制御係数演算手段の出力との和を誤差信号として前記制御係数算出手段に導入する誤差信号検出手段とを備え、前記遅延手段の位相遅れをφfとし、前記騒音源と前記付加音源との間の距離をｄとするとき、前記騒音源から放射された騒音を打ち消すための条件としてｋｄ＞φf（但し、ｋは波長）を満たし、かつ前記騒音を打ち消すために音響パワーを低下させる条件としてπ／２＞φf＞−π／２を満たし、かつπ＞ｋ・ｄを満たすように、前記位相遅れφfを前記遅延手段に設定し、前記騒音源と前記付加音源とを配置することにより、上記騒音源の放射エネルギを吸取り、前記センシング手段を前記騒音源の近傍に位置させることで上記騒音源の放射エネルギを吸取り、上記騒音源の周囲の全空間領域の音響パワーを低減させることを特徴としている。
【００２２】
なお、前記付加音源は、２個以上設けられていてもよい。
また、前記遅延手段は、Ｍ系列ランダム信号で前記付加音源を駆動したときに前記センシング手段で検出されたランダムノイズ信号を用いて適応制御によって同定された上記付加音源から上記センシング手段までの空間伝達の係数を用いて位相遅れを実現していてもよい。
【００２３】
さらに、前記センシング手段と前記付加音源とは実質的に１つの筐体内に配置されていることが好ましい。
本発明では、騒音源の近傍にセンシング手段を配置し、このセンシング手段で得られた検出信号の位相を遅延手段で遅らせることによって因果性を満たし、この遅延した信号に対し逆位相、同じ体積速度（振幅）になるように制御システムで付加音源を制御することによって音響遅延空間の不必要な能動消音装置を実現している。
【００２４】
すなわち、従来の能動消音装置では、因果性を満たすための音響遅延空間を設け、評価用マイク位置において消音させなければならないことを出発点にしている。これに対して、本発明装置では、途中の過程がどうであれ、音響パワーを低減するには、付加音源を逆位相、同じ体積速度で制御できればよいことだけに着目している。そして、この考えを実現するために、電気信号路に遅延手段を挿入することで因果性を確保し、ランダム音に対して逆位相の付加音を生成するようにしている。
【００２５】
したがって、本発明装置の場合には、筐体開口部やダクト出口あるいは騒音を発生する機器の近くに付加音源を近付けることができ、ランダム騒音に対しても音響パワーの最小化が図れ、騒音源周囲の全空間領域で大幅な消音効果を上げることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
図１には本発明の一実施形態に係る能動消音装置の構成例が示されている。
この能動消音装置は、適応制御方式を採用しており、大きく別けて、開放空間に置かれた騒音源Ｘ（ダクト出口または筐体開口部でもよい）から放射された騒音と相関のある信号を検出するセンシング部２１と、制御系の制御係数を時々刻々適応的に算出する制御係数算出部（Ａ−ＦＩＲ）２２と、この制御係数算出部２２で算出された制御係数とセンシング部２１の出力信号との積和演算を行う制御係数積和演算部（ＦＩＲ）２３と、この制御係数積和演算部２３の出力を入力信号として対象とする騒音にエネルギを供給する付加音源２４と、センシング部２１から得た信号の位相を遅らせる遅延回路部２５と、この遅延回路部２５を通過した信号と制御係数積和演算部２３の出力との和を誤差信号とみなして制御係数算出部２２に与える誤差信号検出部２６とで構成されている。
【００２７】
この例の場合、センシング部２１はマイクを主体に構成されており、また付加音源２４はスピーカによって構成されている。センシング部２１と付加音源２４とは筐体２７内に設けられている。すなわち、筐体２７には騒音源Ｘからの騒音をセンシング部２１に導く開口部２８が形成されており、また付加音源２４で発生した付加音を外部へ導くための開口部２９が形成されている。さらに、付加音源２４で発生した付加音がセンシング部２１に直接入射してハウリングを起こさないようにするための遮音材３０が両者間に設けてあり、また反射成分の影響を取り除いて騒音源Ｘからセンシング部２１へ直接入射する音の寄与率を高くするために吸音材３１が設けられている。
【００２８】
この能動消音装置では、適応制御システムを用いているが、従来の装置とは違って、空間に音圧零の点をつくる評価用マイクを設けておらず、また誤差信号を制御回路内の電気信号として扱っている。
【００２９】
この能動消音装置において、空間領域を消音させるためには以下に示す条件が必要となる。
条件１：
付加音源２４で生成した付加音の位相、振幅を算出するために、遅延回路部２５による電気信号の因果性の確保
条件２：
付加音源２４で生成した付加音でランダム音波（音源）を打ち消すために、騒音源Ｘと付加音源２４との間の距離による空間音波の因果性の確保
条件３：
騒音の音響パワーを低減させるために、付加音源２４で生成した付加音の位相の許容範囲の検討
次に、条件１から順に説明する。
【００３０】
遅延回路部２５を通過した信号Ｓ1 および制御係数積和演算部２３の出力信号Ｓ2 は、騒音および付加音の体積速度をそれぞれＡ1 ，Ａ2 、制御係数積和演算部２３の位相遅れψ、遅延回路部２５の位相遅れφf 、波長ｋ、角周波数ω、制御系入力時の位相遅れをφADとすると、式(2) 、(3) で表される。
【００３１】
【数１】
0003792760.tif 000002
【００３２】
制御係数算出部２２の作用により、信号Ｓ1 とＳ2 との和である誤差信号ｅが零に近づき、式(4) により制御係数積和演算部２３の位相ψおよび騒音に対する体積速度比Ａ2 ／Ａ1 は式(5) となる。
【００３３】
ｅ＝Ｓ1 ＋Ｓ2 ＝０より
Ａ1 cos φf ＋Ａ2 cos ψ＝０                              …(4)
∴  ψ＝φf ＋π，Ａ2 ／Ａ1 ＝１                          …(5)
ここで、式(5) に示す位相ψを制御係数積和演算部２３で正しく算出するには、誤差信号ｅが因果性を満たす必要がある。
【００３４】
したがって、因果性を満たすためには、式(6) に示す制御係数積和演算部２３のデジタルフィルタＨが遅れ位相特性を有する必要があり、遅延回路部２５によりφf （＞０）の位相遅れを持たせればよいことになる。その結果、付加音源２４は式(5) で示す位相の付加音を出力することができる。
【００３５】
【数２】
0003792760.tif 000003
【００３６】
次に、条件２について考える。
条件１により付加音を生成することができても、たとえば、極端な例として、遅延時間を１時間に設定した場合、電気的な因果性の式(6) は満たしていることから、逆位相を生成することは可能であるが、騒音に対して逆位相の音は１時間遅れで出力されることから消音は不可能である。周期的な騒音であれば、１時間遅れでもくり返し同じ振幅の音が伝わるので消音できるが、ランダム音の場合は消音できなくなる。
【００３７】
そこで、電気的な因果性以外に音響的な因果性も考慮する必要がある。
生成した付加音でランダム音波（音源）を打ち消すには、騒音源Ｘと付加音源２４との間の距離による空間音波の因果性の確保が条件となる。
【００３８】
遅延時間分だけ遅れた信号が付加音源２４から出力されても、騒音源Ｘからの騒音が付加音源２４に伝わる時間の方がさらに遅ければ消音が可能となる。
したがって、騒音源Ｘと付加音源２４との間の距離をｄとすると、式(7) が条件２となる。
【００３９】
ｋｄ＞φf                     （条件２）              …(7)
条件１は音を創る条件を、条件２は物理的に空間で音を打ち消すことが可能な条件を示している。
【００４０】
最後に、音を打ち消すために音響パワーを低下させる条件３について考える。音響パワーを最小にするための付加音の位相ψ（制御係数積和演算部２３の位相）は、騒音に付加音を加えたときの全音響パワーをＷ0 とすると、式(8) 、式(9) より、ψ＝πとなる。これは、式(5) とは一致せずに、φf だけ位相のずれた音を付加音源２４が出力することになる。
【００４１】
【数３】
0003792760.tif 000004
【００４２】
ここで、φf ＝０とすればψ＝πとなり、パワーが一番低下する最適位相になるが、式(6) により電気的な因果性は満たさなくなるから、実際には騒音に対して逆位相を生成できなくなる。
【００４３】
したがって、最適条件を満たすことはできないが、φf だけ位相のずれた付加音を付加音源２４から出力することでパワーを低下させることを考える。
式(10)に音響パワーの低下量を表す式を示す。
騒音に対する付加音の位相を逆位相にできなくても、逆位相から僅かなずれならばパワーは低下する。これが本発明のねらいである。
【００４４】
【数４】
0003792760.tif 000005
【００４５】
本手法により得られた式(5) の位相、振幅特性を式(10)に代入し、パワーが低下する条件について考えると、式(11)、式(12)となる。
0003792760.tif 000006
したがって、条件１、２、３の全てを満たすように、騒音源Ｘと付加音源２４との間の距離ｄと、遅延時間φf を設定すれば、式(10)にしたがってパワーを低下させることができ、消音効果を得ることができる。
【００４６】
付加音源２４であるスピーカの構造上の遅れ特性を無視できた場合、消音効果としては、騒音源Ｘと付加音源２４との間の距離をｄとし、φf ＝π／４としたとき、
５００Ｈｚまで消音させるには３４ｃｍ＞ｄ＞８．５ｃｍ、
３００Ｈｚまで消音させるには５６ｃｍ＞ｄ＞１４ｃｍ、
となる。したがって、騒音源Ｘと付加音源２４との間の距離を上記範囲に設定すれば消音が可能となる。
【００４７】
なお、上記例では付加音源２４から騒音に対して逆位相の付加音を生成するために遅延時間を調整する手法を採用しているが、図２に示すように適応制御により付加音源２４からセンシング部２１までの空間伝達の係数を同定し、この係数を遅延回路２５の代わりに用いるようにしてもよい。
【００４８】
すなわち、信号発生器３２を内蔵させておき、この信号発生器３２でＭ系列信号を発生させ、これで付加音源２４を駆動し、このとき付加音源２４からからセンシング部２１までの空間伝達の係数を時々刻々適応的に制御係数算出部（Ａ−ＦＩＲ）３３で同定する。このとき、同定されたフィルタ係数Ｈd は、以下の式により得られる。
【００４９】
ｅ＝Ｍ・ＧAD・Ｃｒ・ＧAD−Ｍ・Ｈd ＝０
Ｈd ＝ＧAD・ＧDA・Ｃｒ                                    …(13)
ＧAD，ＧDA：ＡＤ変換，ＤＡ変換の遅れ特性
これを図１に示す遅延回路部２５の代りに固定フィルタ係数（積和演算回路）として使用すると、式(6) より、式(14)となる。
【００５０】
【数５】
0003792760.tif 000007
したがって、φAD＋φDA＋ψcr＞０より因果性は満足するが、誤差信号検出部２６に入る信号Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれ式(15)となる。
【００５１】
【数６】
0003792760.tif 000008
【００５２】
ｅ＝Ｓ1 ＋Ｓ2 ＝０からＡ1 cos （φAD＋φDA＋ψcr）＋Ａ2 cos ψ＝０
したがって、騒音に対する付加音の位相（制御係数積和演算部の位相）ψおよび体積速度比Ａ2 ／Ａ1 は、
ψ＝φAD＋φDA＋ψcr＋π，Ａ2 ／Ａ1 ＝１                  …(16)
となり、ψ＝π＋２ｎπ（ｎ＝０，１，２，…）の最適位相からずれる量が大きくなる。φAD＋φDA＋ψcrの項は、制御系の特性および空間音響系の特性で決まり、外部からの調整は容易にはできないことから、２ｎπに近づけることはできない。
【００５３】
したがって、同定したＨd フィルタ特性をそのまま固定ＦＩＲ係数として、適応制御システム中の遅延回路部に代って用いても、消音効果を向上させることは難しい。
【００５４】
そこで、図３に示すように、遅延要素としてＤＡ変換器３４，ＡＤ変換器３５を付加するとよい。なお、図３中、３６は先にＭ系列信号を使って同定したフィルタである。
【００５５】
ＡＤ変換，ＤＡ変換の遅れ位相に相当した時間だけ遅延回路部を調整してもよいが、システム構成面から考えるとＤＡ変換器３４，ＡＤ変換器３５を一段追加した図３の構成の方がＡＤ変換，ＤＡ変換の位相遅れ分を完全に除去できるので好ましい。
図３に示す構成において、誤差信号検出部２６に入る信号Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれ式(17)となる。
【００５６】
【数７】
0003792760.tif 000009
【００５７】
ｅ＝Ｓ1 ＋Ｓ2 ＝０より、Ａ1 cos ψcr＋Ａ2 cos ψ＝０
騒音に対する付加音の位相および体積速度比は式(18)となる。
ψ＝ψcr＋π，Ａ2 ／Ａ1 ＝１                            …(18)
式(16)と比べて、ＡＤ，ＤＡ変換時の位相遅れが除去できた形となる。
なお、このときのＨフィルタ特性は
Ｓ・ＧAD・Ｈd ＋Ｓ・ＧAD・ＧDA・ＧAD・Ｈ＝０より、
【００５８】
【数８】
0003792760.tif 000010
となり、ψcr＞０より因果性も満足する。
【００５９】
式(18)より、付加音の位相はψcr＋πとなり、逆位相とはならない。しかし、ψcrは、空間経路が自由音場とすると、ψcr＝ｋｄとなることから、騒音源Ｘと付加音源２４との間隔ｄを小さくするほど逆位相に近づき、パワーは低下し出す。
このときのパワー低下量（ｄＢ）は、式(10)より、
【００６０】
【数９】
0003792760.tif 000011
【００６１】
評価用マイクを使用した従来の手法においても、式(10)において、ｋｄ＝０．９９（周波数ｆ＝３００Ｈｚ；騒音源と付加音源との間隔ｄ＝０．１８ｍ）でも十分消音効果を確認していることから、もしψcrの空間伝達関数が反射成分を含み、直接位相（位相ｋｄ）が実現されなくても、この位相遅れは間隔ｄを小さくすることで対応でき、消音効果の劣化にはつながらない。
【００６２】
ちなみに、ｋｄ＝０．３６（周波数＝２００Ｈｚ；騒音源と付加音源との間隔ｄ＝０．１ｍ）のときのψcrの有無によるパワー低下量の差（ｄＢ）を見積もると以下となる。
【００６３】
(a) ψcrを無視できた場合
0003792760.tif 000012
(b) ψcrを考慮した場合
0003792760.tif 000013
したがって、ｆｄ＝１９．４８（ｋｄ＝０．３６より）のとき、
つまり、間隔ｄ＝０．０５ｍでは、約３９０Ｈｚまで、
ｄ＝０．１ｍでは  約１９５Ｈｚまで、
ｄ＝０．２ｍでは  約９７Ｈｚまでは、
約７．７ｄＢパワーが低下する。
【００６４】
ψcrを無視できる場合と比べて、約６ｄＢ消音効果が劣化するが、それでも低減効果があることから、騒音源の性質によっては応用可能である。
図４には本発明のさらに別の実施形態に係る能動消音装置の概略構成が示されている。
【００６５】
先に説明した例では、付加音源を１個使用して装置を構成しているが、この例では付加音源を２個使用し、消音効果の向上を図っている。
この能動消音装置も、適応制御方式を採用しており、大きく別けて、開放空間に置かれた騒音源Ｘ（ダクト出口または筐体開口部でもよい）から放射された騒音と相関のある信号を検出するセンシング部４１と、制御系の制御係数を時々刻々適応的に算出する制御係数算出部（Ａ−ＦＩＲ）４２と、この制御係数算出部４２で算出された制御係数とセンシング部４１の出力信号との積和演算を行う制御係数積和演算部（ＦＩＲ）４３と、この制御係数積和演算部４３の出力を入力信号として対象とする騒音に音響エネルギを供給する付加音源４４ａ，４４ｂと、センシング部４１から得た信号の位相を遅らせる遅延回路部４５と、騒音と同じ体積速度の付加音を出力できるように制御係数積和演算部４３の出力を調整する演算部４６と、この演算部４６の出力と遅延回路部２５を通過した信号との和を誤差信号ｅとみなして制御係数算出部４２に与える誤差信号検出部４７とで構成されている。
【００６６】
この例の場合も、センシング部４１はマイクを主体に構成されており、また付加音４４ａ，４４ｂはスピーカによって構成されている。センシング部４１と付加音４４ａ，４４ｂとは筐体４８内に設けられている。すなわち、筐体４８には騒音源Ｘからの騒音をセンシング部４１に導く開口部４９が形成されており、また付加音源４４ａ，４４ｂで発生した付加音を外部へ導くための開口部５０ａ，５０ｂが形成されている。さらに、付加音源４４ａ，４４ｂで発生した付加音がセンシング部４１に直接入射してハウリングを起こさないようにするための遮音材５１が両者間に設けてあり、また反射成分の影響を取り除いて騒音源Ｘからセンシング部４１へ直接入射する音の寄与率を高くするために吸音材５２が設けられている。
【００６７】
なお、図中ＧAD、ＧDAは、ＡＤ変換およびＤＡ変化による遅れ要素の存在を示している。
このように、付加音源を２個使用した場合は、付加音源の配置法が問題になる。
【００６８】
２個の付加音源で発生した付加音に騒音を加えたときの全音響パワーＷ0 は、
0003792760.tif 000014
となる。なお、θi ：各音源ｉの位相、Ｒは放射抵抗、Ｖｉは振動速度である。
【００６９】
ここで、２つの付加音源は同位相θで制御されるものとすると、
θ＝θ2 −θ1 ＝θ3 −θ1                             …(22)
となる。
【００７０】
２つの付加音源４４ａ，４４ｂは、騒音源Ｘから等距離ｄに配置されることを条件とすると、
Ｒ11＝４πｒ1 2 ρｃｋ2 ｒ1 2
Ｒ12＝４πｒ1 2 ρｃｋ2 ｒ2 2 ・sin(ｋｄ）／ｋｄ
Ｒ13＝Ｒ12（∴ｒ2 ＝ｒ3 ）
Ｒ23＝４πｒ2 2 ρｃｋ2 ｒ3 2 ・sin(ｋＬ）／ｋＬ
｜Ｖ1 ｜＝Ａ1 ／４πｒ1 2
｜Ｖ2 ｜＝Ａ2 ／４πｒ2 2
｜Ｖ3 ｜＝｜Ｖ2 ｜（∴ｒ2 ＝ｒ3 ）                          …(23)
となる。なお、ｒi ：振動半径、Ｒ：放射抵抗、Ａi ：体積速度、Ｖi ：振動速度である。
【００７１】
制御前の騒音のみの音響パワーをＷ1 とすると、制御後のパワー低下量（ｄＢ）は、
0003792760.tif 000015
となる。ｄ：音源と付加音源との間隔、Ｌ：２つの付加音源の間隔である。
【００７２】
【数１０】
0003792760.tif 000016
より、パワーを最小にさせることができる。
【００７３】
付加音源４４ａ，４４ｂは騒音源Ｘを中心とした半径ｄの円周上にあることから、この中で２つの付加音源間隔Ｌが最小となる配置は、図５(a) のように付加音源が隣接する場合である。したがって、この例に係る能動消音装置では、実際には図５(b) 示すように、付加音源４４ａ，４４ｂはセンシング部４１から等距離で隣接して配置されている。
図１に示した構成のように遅延回路部４５を使用したとき、誤差信号検出部４７に入る信号Ｓ1 ，Ｓ2 は式(26)となる。
【００７４】
【数１１】
0003792760.tif 000017
【００７５】
ｅ＝Ｓ1 ＋Ｓ2 ＝０より、Ａ1 cos φf ＋２Ａ2 cos ψ＝０
したがって、騒音に対する付加音の位相および体積速度比は式(27)となる。
ψ＝φf ＋π，Ａ2 ／Ａ1 ＝１／２                            …(27)
ｅ＝Ｓ・ＧAD・Ｆ＋Ｓ・ＧAD・Ｈ＝０より、
制御系フィルタ係数Ｈは式(28)となる。
【００７６】
【数１２】
0003792760.tif 000018
【００７７】
遅延回路部４５において、φf ＝２ｎπ（ｎ＝０，１，２，…）を満たせば、式(27)より付加音は逆位相に近づく。このときの低下量は式(27)を式(24)に代入することで得られる。
【００７８】
なお、上記例では付加音源４４ａ，４４ｂから逆位相の付加音を生成するために遅延時間を調整する手法を採用しているが、図６に示すように適応制御により付加音源４４ａ，４４ｂからセンシング部４１までの空間伝達の係数を同定し、この係数を遅延回路部４５の代わりに用いるようにしてもよい。
【００７９】
すなわち、内蔵された信号発生器３２でＭ系列信号を発生させ、これで付加音源４４ａ，４４ｂを駆動し、このとき付加音源４４ａ，４４ｂからからセンシング部４１までの空間伝達の係数を時々刻々適応的に制御係数算出部（Ａ−ＦＩＲ）６２で同定する。このとき、同定されたフィルタ係数Ｈd は、以下の式により得られる。
【００８０】
【数１３】
0003792760.tif 000019
【００８１】
このＨd フィルタを、図４に示す遅延回路部４５の代わりに積和演算回路としてそのまま使用すると、付加音源１個の場合と同じように消音効果が劣化する。したがって、図７に示すように付加音源１個の場合と同様に、ＡＤ変換回路６３，ＤＡ変換回路６４と体積速度係数を調整する演算回路６５とを使用する。
【００８２】
誤差信号検出部４７に入る信号をＳ1 ，Ｓ2 とすると、最適な体積速度を出力するためには、Ｓ2 信号の前段には４倍の係数を掛けなければいけないことから、Ｓ1 ，Ｓ2 は式(30)となる。
【００８３】
【数１４】
0003792760.tif 000020
【００８４】
ψ＝ψcr1 ＋π，Ａ2 ／Ａ1 ＝１／２                        …(32)
ここで、誤差信号ｅ＝Ｓ・ＧAD・Ｈd ＋Ｓ・ＧAD・ＧDA・ＧAD・Ｈ＝０より、
制御系フィルタＨは式(33)となる。
【００８５】
【数１５】
0003792760.tif 000021
となり、因果性も満たす（∴ψcr1 ＞０）。
【００８６】
したがって、付加音源４４ａ，４４ｂから式(32)の位相で出力させることができる。
付加音源４４ａ，４４ｂは逆位相からψcr1 ずれた位相を出力することになるが、Ａ2 ／Ａ1 ＝１／２となり、また、ψcr1 ，ψcr2 は空間経路を自由音場とすると、
【００８７】
【数１６】
0003792760.tif 000022
となる。
【００８８】
ｆ・ｄ＝１９．４８（ｋｄ＝０．３６より）、ｋＬ＝０．３６のとき、
0003792760.tif 000023
となり、良好な消音効果が得られることになる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダクトのような音響遅延空間を持たない騒音に対しても、騒音源に付加音源を近付け、ランダム騒音に対しても逆位相、同振幅の付加音を生成させることが可能となり、音響パワーの最小化が図れ、騒音源の周囲全空間領域を消音させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る能動消音装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る能動消音装置において適応制御によって遅延時間を同定する場合の構成図
【図３】本発明の第３の実施形態に係る能動消音装置の概略構成図
【図４】本発明の第４の実施形態に係る能動消音装置の概略構成図
【図５】同装置における付加音源の配置を説明するための図
【図６】本発明の第５の実施形態に係る能動消音装置において適応制御によって遅延時間を同定する場合の構成図
【図７】本発明の第６の実施形態に係る能動消音装置の概略構成図
【図８】ダクトの出口から漏れ出す騒音を消音する場合の例を説明するための図
【図９】筐体の開口部から漏れ出す騒音を消音する場合の例を説明するための図
【図１０】従来の手法では消音が困難な例を説明するための図
【図１１】付加音源を２個使用して音響パワーを最小とするための最適配置の説明図
【符号の説明】
２１，４１…センシング部
２２，４２…制御係数算出部（Ａ−ＦＩＲ）
２３，４３…制御係数積和演算部（ＦＩＲ）
２４，４４ａ，４４ｂ…付加音源
２５，４５…遅延回路部
２６，４７…誤差信号検出部
２７，４８…筐体
２８，２９，４９，５０ａ，５０ｂ…開口部
３０，５１…遮音材
３１，５２…吸音材
３２，６１…Ｍ系列信号を発生する信号発生器
３３，６２…制御係数算出部
３６，６６…フィルタ
ｘ…騒音源
【図１】
0003792760.tif 000024
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003792760.tif 000027
【図５】
0003792760.tif 000028
【図６】
0003792760.tif 000029
【図７】
0003792760.tif 000030
【図８】
0003792760.tif 000031
【図９】
0003792760.tif 000032
【図１０】
0003792760.tif 000033
【図１１】
0003792760.tif 000034