特許 7467377 音発生装置及び翼騒音低減装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】音発生装置及び翼騒音低減装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 7/04 20060101AFI20240408BHJP

   G10K 11/178 20060101ALI20240408BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

H04R7/04

G10K11/178 100

H04R17/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021043387

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022143056

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 達彦

【審査官】冨澤 直樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５３１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１１４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】里信純、高橋周平，円環状振動体により励振される回転音場のシミュレーション，広島工業大学紀要研究編，第 54 巻，日本，2020年，pp.101-105，https://libwww.cc.it-hiroshima.ac.jp/library/pdf/research54_101-105.pdf，<online>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ ７／００－７／２６

Ｇ１０Ｋ １１／１７８

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ｈ０４Ｒ ９／００－９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円環状の弾性部材と、
前記弾性部材に所定の角度間隔で配置され、前記弾性部材に振動を印加するように構成された３つ以上の加振アクチュエータと、
前記３つ以上の加振アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する制御回路であって、前記所定の角度間隔離れた２つの加振アクチュエータのための駆動信号間に、前記弾性部材に励起される振動モードであるロブモードの次数と前記所定の角度間隔とに依存する位相差がある、制御回路と、
を備え、
前記ロブモードの次数をＭ（Ｍは１以上の整数）とすると、前記３つ以上の加振アクチュエータは２Ｍ＋１個以上の加振アクチュエータである、
音発生装置。

【請求項2】

前記３つ以上の加振アクチュエータは４Ｍ個の加振アクチュエータであり、前記位相差は９０度である、
請求項１に記載の音発生装置。

【請求項3】

前記３つ以上の加振アクチュエータは３Ｍ個の加振アクチュエータであり、前記位相差は１２０度である、
請求項１に記載の音発生装置。

【請求項4】

円環状の弾性部材と、
前記弾性部材に所定の角度間隔で配置され、前記弾性部材に振動を印加するように構成された３つ以上の加振アクチュエータと、
前記３つ以上の加振アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する制御回路であって、前記所定の角度間隔離れた２つの加振アクチュエータのための駆動信号間に、前記弾性部材に励起される振動モードであるロブモードの次数と前記所定の角度間隔とに依存する位相差がある、制御回路と、
を備え、
前記弾性部材は、前記振動モードに対応する固有振動数が騒音低減対象であるロブモードに対応する周波数に合致するように構成される、
音発生装置。

【請求項5】

円環状の弾性部材と、
前記弾性部材に所定の角度間隔で配置され、前記弾性部材に振動を印加するように構成された３つ以上の加振アクチュエータと、
前記３つ以上の加振アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する制御回路であって、前記所定の角度間隔離れた２つの加振アクチュエータのための駆動信号間に、前記弾性部材に励起される振動モードであるロブモードの次数と前記所定の角度間隔とに依存する位相差がある、制御回路と、
前記振動モードに対応する固有振動数を変えるために、前記弾性部材に圧力を印加する加圧部と、
を備える音発生装置。

【請求項6】

前記弾性部材を収容するケースをさらに備え、
前記弾性部材は、前記弾性部材の内縁部が前記ケースに固定され、前記弾性部材の外縁部がフリーである内縁固定で前記ケースに取り付けられる、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音発生装置。

【請求項7】

前記ケースは前記弾性部材の一主面を覆う囲い部を備える、
請求項６に記載の音発生装置。

【請求項8】

前記制御回路は、前記位相差を生成するために、入力信号に位相シフトを適用する位相シフタを備える、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の音発生装置。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音発生装置と、
少なくとも１つのマイクと、
を備え、
前記制御回路は、前記少なくとも１つのマイクの出力に基づいて前記駆動信号を生成する、翼騒音低減装置。

【請求項10】

円環状の弾性部材と、前記弾性部材に所定の角度間隔で配置され、前記弾性部材に振動を印加するように構成された３つ以上の加振アクチュエータと、前記３つ以上の加振アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する制御回路であって、前記所定の角度間隔離れた２つの加振アクチュエータのための駆動信号間に、前記弾性部材に励起される振動モードであるロブモードの次数と前記所定の角度間隔とに依存する位相差がある、制御回路と、を備える音発生装置と、
少なくとも１つのマイクと、
を備え、
前記制御回路は、前記少なくとも１つのマイクの出力に基づいて前記駆動信号を生成する、翼騒音低減装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、音発生装置及び翼騒音低減装置に関する。

【背景技術】

【0002】

翼騒音を低減するために能動的騒音低減手法を用いる場合、動翼の回転軸と同軸的に設置した複数のスピーカを使用して動翼回転モードの模擬を行う。例えば、Ｍ次ロブモードによる騒音を低減する場合には、２Ｍ＋１個以上のスピーカが離散的に配置される。ロブモードによる騒音は円周上の位相変化がある騒音であり、Ｍ次ロブモードでは、角度φ［ｒａｄ］に対してＭφ［ｒａｄ］の位相変化が生じる。翼騒音低減にスピーカを使用する場合、動翼の周囲にスピーカ設置用の治具が必要となり、個々のスピーカ重量により全体荷重が重くなる。また、スピーカ設置容積により音場や翼の流れが乱されることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－５４１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、翼騒音低減などの用途に利用可能な音発生装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態に係る音発生装置は、弾性部材、３つ以上の加振アクチュエータ、及び制御回路を備える。前記弾性部材は円環状である。前記３つ以上の加振アクチュエータは、前記弾性部材に所定の角度間隔で配置され、前記弾性部材に振動を印加するように構成される。前記制御回路は、前記３つ以上の加振アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する。前記所定の角度間隔離れた２つの加振アクチュエータのための駆動信号間に、前記弾性部材に励起される振動モードであるロブモードの次数と前記所定の角度間隔とに依存する位相差がある。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】実施形態に係る音発生装置の構造例を示す斜視図。

【図1B】図１Ａに示した音発生装置の分解図。

【図1C】図１Ａに示した音発生装置の断面図。

【図1D】図１Ａに示した音発生装置の一部切り欠き断面図。

【図2】図１Ａに示した音発生装置を翼騒音低減に適用する例を示す平面図。

【図3】図１Ａに示した加振アクチュエータの配置を示す下面図。

【図4A】図１Ａに示した加振アクチュエータが梁タイプ圧電素子である例を示す斜視図。

【図4B】図１Ａに示した加振アクチュエータが円板タイプ圧電素子である例を示す斜視図。

【図5】実施形態に係る音発生装置の他の構造例を示す斜視図。

【図6】実施形態に係る音発生装置のさらなる構造例を示す斜視図。

【図7A】実施形態に係る音発生装置のさらに別の構造例を示す斜視図。

【図7B】図７Ａに示した音発生装置の一部切り欠き断面図。

【図8】実施形態に係る音発生装置の他の構造例を示す断面図。

【図9】実施形態に係る音発生装置のさらなる構造例を示す断面図。

【図10】実施形態に係る音発生装置のさらに別の構造例を示す断面図。

【図11】図１に示した音発生装置に含まれる制御回路を示すブロック図。

【図12A】図１１に示した第１制御部に含まれる駆動回路の一例を示すブロック図。

【図12B】図１１に示した第１制御部に含まれる駆動回路の他の例を示すブロック図。

【図13】図１に示した円環板の振動モードを示す図。

【図14A】図１に示した円環板の振動モードが回転する様子を示す図。

【図14B】図１に示した円環板の振動モードが回転する様子を示す図。

【図15】図１に示した円環板への加圧力と固有振動数との関係を示す図。

【図16A】実施形態に係るＮ＝Ｍ４配置の一例を示す図。

【図16B】図１６Ａに示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図17A】実施形態に係るＮ＝Ｍ４配置の他の例を示す図。

【図17B】図１７Ａに示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図18】実施形態に係るＮ＝Ｍ４配置のさらなる例を示す図。

【図19A】実施形態に係るＮ＝２Ｍ＋α配置の一例を示す図。

【図19B】図１９Ａに示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図20】実施形態に係るλ／４ギャップ配置の一例を示す図。

【図21】実施形態に係る位相シフタを説明するための図。

【図22】実施形態に係る、９０度の位相シフトを適用する位相シフタを示すブロック図。

【図23】実施形態に係る、任意の位相シフトを適用する位相シフタを示すブロック図。

【図24】実施形態に係る位相シフタにおいて生じる遅延誤差を示す図。

【図25】実施形態に係るフィルタＪ（θ）を使用した駆動回路を示すブロック図。

【図26】実施形態に係るフィルタＪ（θ）を使用した駆動回路を示すブロック図。

【図27】実施形態に係るフィルタＪ（θ）を使用した駆動回路を示すブロック図。

【図28】実施形態に係るフィルタＪ（θ）を使用した駆動回路を示すブロック図。

【図29】実施形態に係るフィルタＪ（θ）を使用した駆動回路を示すブロック図。

【図30A】実施形態に係る音発生装置の他の構造例を示す上面図。

【図30B】図３０Ａに示した音発生装置の断面図。

【図31】実施形態に係る音発生装置のさらなる構造例を示す分解図。

【図32A】実施形態に係る音発生装置のさらに別の構造例を示す上面図。

【図32B】図３２Ａに示した音発生装置の断面図。

【図33】Ｍ次ロブモードに対するＮ＝３Ｍ配置での加振アクチュエータ数及びＮ＝４Ｍ配置での加振アクチュエータ数を示す図。

【図34】実施形態に係る加振アクチュエータ配置を示す図。

【図35A】図３４に示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図35B】図３４に示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図36】図１６に示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図37】実施形態に係る加振アクチュエータ配置を示す図。

【図38A】図３７に示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図38B】図３７に示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図39】実施形態に係る加振アクチュエータ配置を示す図。

【図40】図３９に示した加振アクチュエータ配置に使用され得る駆動回路を示すブロック図。

【図41】実施形態に係る集音装置の構造例を示す図。

【図42A】図４１に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図42B】図４１に示した集音装置に含まれる処理回路の他の例を示すブロック図。

【図43】実施形態に係る集音装置の他の構造例を示す図。

【図44A】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図44B】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図44C】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図44D】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図44E】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図44F】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図44G】図４３に示した集音装置に含まれる処理回路の一例を示すブロック図。

【図45】実施形態に係る翼騒音低減装置を示す上面図。

【図46】図４５に示した翼騒音低減装置に含まれる制御回路の一例を示すブロック図。

【図47】図４５に示した制御回路が保持するデータマップを示す図。

【図48】図４５に示した翼騒音低減装置に含まれる制御回路の他の例を示すブロック図。

【図49】実施形態に係る音発生装置を物体浮遊に適用する例を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。重複する説明を避けるために、全図を通して同様の構成要素に同様の符号を付している。また、個々の構成要素を区別するために、符号に枝番を付している。いくつかの図面では、簡略化のために１又は複数の構成要素の図示を省略している。

【0008】

実施形態は音を発する音発生装置に関する。実施形態に係る音発生装置は、例えば、翼騒音低減や物体浮遊などの用途に利用することができる。翼騒音は、ドローンのプロペラやプロペラファンなど、動翼の回転により生じる騒音である。翼騒音は複数のロブモードによる騒音を含む。以下では、主として、音発生装置を翼騒音低減に利用する場合を想定して説明を行う。

【0009】

図１Ａは一実施形態に係る音発生装置１００の構造例を概略的に示し、図１Ｂは分解状態で音発生装置１００を概略的に示し、図１ＣはＣ－Ｃ′線における音発生装置１００の断面を概略的に示し、図１Ｄは一部切り欠いた状態で音発生装置１００を概略的に示している。

【0010】

図１Ａから図１Ｄに示すように、音発生装置１００は、円環板１０２、３つ以上の加振アクチュエータ１０４、ケース１０６、支持部材１０８、１１０、複数の加圧アクチュエータ１１２、及び加圧部材１１４を備える。音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４及び加圧アクチュエータ１１２を制御する制御回路１５０（図１１）をさらに備える。音発生装置１００の制御回路１５０については後述する。

【0011】

円環板１０２は弾性材料で形成される円環状の振動板である。例えば、円環板１０２は、円環板１０２に励起される振動モードに対応する固有振動数が騒音低減対象であるＭ次ロブモードに対応する周波数と合致するように構成される。以降では、円環板１０２に励起される振動モードを周方向ロブモード又は単にロブモードと称し、騒音低減対象であるロブモードを対象ロブモードと称することもある。さらに、騒音低減対象であるロブモードに対応する周波数を対象周波数と称することもある。

【0012】

円環板１０２の寸法（内寸半径、外寸半径、厚み）は、固有振動数が対象周波数と合致するように設計される。ここで、固有振動数が対象周波数と合致するとは、固有振動数が対象周波数を中心とし所定の幅を有する周波数範囲内にあることを指す。例えば、対象周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、固有振動数は（ｆ－１００）Ｈｚから（ｆ＋１００）Ｈｚまでの周波数範囲内の値に設定される。厚みが厚いほど固有振動数は高くなり、材料のヤング率が高いほど固有振動数は高くなり、外寸半径が小さいほど固有振動数は高くなる。このことを考慮に入れて寸法設計が実施される。

【0013】

音発生装置１００が翼騒音低減に適用される例では、図２に示すように、騒音源としての動翼２００は音発生装置１００の内側に配置されることになる。動翼２００が音発生装置１００の内側に配置される場合、円環板１０２の内寸半径は動翼２００の寸法（長さ）よりも大きい。

【0014】

図１Ｃに示すように、加振アクチュエータ１０４は、所定の角度間隔で円環板１０２の下面に配置される。なお、加振アクチュエータ１０４は円環板１０２の上面に配置されてもよい。ここで、円環板１０２の上面は音を放射すべき空間に対向する円環板１０２の主面を指し、円環板１０２の下面は円環板１０２の上面とは反対側の円環板１０２の主面を指す。角度間隔は、円環板１０２の周方向における間隔を指し、中心に対する角度で表される。図３に示す例では、１０個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１０が３６度間隔で円環板１０２に配置されている。枝番はロブモードの回転方向に沿って順番に付されている。対象ロブモードの次数をＭとしたときに、加振アクチュエータ１０４の数は２Ｍ＋１以上である。

【0015】

加振アクチュエータ１０４は、音を放射するために、円環板１０２に振動を印加するように構成される。加振アクチュエータ１０４として、小型ボイスコイル型アクチュエータやピエゾアクチュエータなどの小型軽量な振動デバイスを使用することができる。ピエゾアクチュエータは、図４Ａに示すような梁タイプ圧電素子であってもよく、図４Ｂに示すような円板タイプ圧電素子であってもよい。加振アクチュエータ１０４が梁タイプ又は円板タイプの圧電素子である場合、加振アクチュエータ１０４は、図４Ａ又は図４Ｂに示すように、振動伝達部材１２０を介して円環板１０２に取り付けられる。圧電素子は、ユニモルフ型圧電素子であってもよく、バイモルフ型圧電素子であってもよい。

【0016】

図１Ｃに示すように、ケース１０６は、円環板１０２、加振アクチュエータ１０４、支持部材１０８、１１０、加圧アクチュエータ１１２、及び加圧部材１１４を収容する。ケース１０６は、円環状の支持部１０６Ａ及び囲い部１０６Ｂを備える。支持部１０６Ａは円環板１０２を支持する。囲い部１０６Ｂは円環板１０２の下面を覆う。囲い部１０６Ｂは、円環板１０２の下面からの放射音による音圧低下を防止する。このように、ケース１０６は、円環板１０２を支持する且つ音放射効率を上げる役割を持つ。

【0017】

なお、ケース１０６は、図５に示すように、円環状のスリットを有する蓋部１０６Ｃをさらに備えてもよい。蓋部１０６Ｃは、支持部１０６Ａ及び囲い部１０６Ｂに取り付けられ、円環板１０２の上面に対向する。

【0018】

図１Ｂに示す例では、支持部材１０８、１１０は円環状である。支持部材１０８、１１０は円環板１０２をケース１０６に取り付けるために使用される。円環板１０２の支持は面支持であり得る。図１Ｃに示すように、支持部材１１０は例えばボルト締結でケース１０６に固定され、支持部材１１０には雌ねじが切られた穴が設けられている。支持部材１０８及びケース１０６の支持部１０６Ａが円環板１０２の内縁部を挟み込んだ状態でボルトが支持部材１１０の穴に締結され、ボルトの先端により支持部材１０８がケース１０６に押しつけられる。これにより、円環板１０２がケース１０６に取り付けられる。

【0019】

加圧アクチュエータ１１２及び加圧部材１１４は、円環板１０２の振動モードに対応する固有振動数を変えるために、円環板１０２に圧力を印加するように構成される加圧部に相当する。図１Ｂに示す例では、加圧部材１１４は円環状である。加圧部材１１４は弾性板１１６及び薄板１１８を含む。弾性板１１６は振動絶縁のための部材であり、例えばゴムで形成される。弾性板１１６及び薄板１１８は互いに接着される。弾性板１１６が円環板１０２に取り付けられる。加圧アクチュエータ１１２の各々は、その一端が支持部材１１０に取り付けられ、その他端が加圧部材１１４に取り付けられる。

【0020】

加圧アクチュエータ１１２は、円環板１０２に印加する圧力を生成する。加圧アクチュエータ１１２は小型軽量のものであることが望ましい。加圧アクチュエータ１１２として、例えば、積層型ピエゾアクチュエータを使用することができる。加圧アクチュエータ１１２が積層型ピエゾアクチュエータである場合、加圧アクチュエータ１１２の一端が支持部材１１０に固定され、加圧アクチュエータ１１２の他端が加圧部材１１４に固定され、支持部材１１０は加圧アクチュエータ１１２による圧力で変形しないよう充分な厚みを有するようにする。

【0021】

なお、円環板１０２の支持は、円環板１０２の内縁部がケース１０６に固定され、円環板１０２の外縁部がフリーである内縁固定に限らない。円環板１０２の支持は、図６に示すように、円環板１０２の外縁部がケース１０６に固定され、円環板１０２の内縁がフリーである外縁固定であってもよい。ただし、音放射効率の観点から内縁固定が好ましい。

【0022】

また、音放射効率の観点から、変位が大きくなる箇所を加振することが好ましい。内縁固定では、図１Ｃに示すように、加振アクチュエータ１０４は円環板１０２の外縁側に配置される。外縁固定では、加振アクチュエータ１０４は円環板１０２の内縁側に配置される。

【0023】

音放射効率をより上げるために、プラスチックダンボールなどを円環板１０２に張り付けてもよい。

【0024】

円環板１０２は円環状（リング形状）の弾性部材の一例である。弾性部材はダイアフラムと称されることもある。弾性部材は振動膜であってもよい。図７Ａは、弾性部材として振動膜１０３が使用される場合における音発生装置１００の構造例を概略的に示し、図７Ｂは、図７Ａに示した音発生装置１００を一部切り欠いた状態で示している。円環板１０２に代えて振動膜１０３が使用される場合、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、振動膜１０３の内縁部及び外縁部がともにケース１０６に固定される。

【0025】

図８は、音発生装置１００の他の構造例を概略的に示している。図８に示す例では、加圧アクチュエータ１１２による圧力は支持部材１０８を介して円環板１０２に印加される。加圧アクチュエータ１１２は、円環板１０２をケース１０６に取り付けるために、さらに、固有振動数を変えるために、使用される。

【0026】

図９は、音発生装置１００のさらなる構造例を概略的に示している。図９に示す例では、音発生装置１００は加圧部（具体的には加圧アクチュエータ１１２及び加圧部材１１４）を備えない。例えば動翼が一定速度で回転する場合のように対象周波数が一定である場合には、円環板１０２の振動モードに対応する固有振動数を変える必要がない。ただし、設計上の固有振動数と実際の固有振動数にずれが生じることがある。このようなずれを低減又は除去するために、図１０に示すように、ボルト１１３を用いて円環板１０２に圧力を印加するようにしてもよい。図１０に示す例では、雌ねじが切られた穴が支持部材１１０に設けられ、この穴にボルト１１３が締結され、ボルト１１３の先端が加圧部材１１４を介して円環板１０２に押しつけられる。ボルト１１３の回転角度により、円環板１０２への加圧力が調整される。

【0027】

図１１は、音発生装置１００の制御回路１５０を概略的に示している。図１１に示すように、制御回路１５０は、第１制御部１５２、第２制御部１５４、及びデータマップ１５６を備える。一例として、制御回路１５０は処理回路及びメモリを備える。処理回路は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用プロセッサを含む。メモリは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含み、データマップ１５６及び制御プログラムなどのデータを記憶する。第１制御部１５２及び第２制御部１５４について後述する処理の少なくとも一部は、汎用プロセッサが制御プログラムを実行することにより実現され得る。制御回路１５０は、汎用プロセッサに代えて又は追加して、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの専用プロセッサを備えてもよい。

【0028】

第１制御部１５２は加振アクチュエータ１０４－１～１０４－Ｎを制御する。例えば、第１制御部１５２は、加振アクチュエータ１０４－１～１０４－Ｎを駆動するための駆動信号を生成し、駆動信号を加振アクチュエータ１０４－１～１０４－Ｎに送出する。所定の角度間隔だけ離れた２つの加振アクチュエータ１０４のための駆動信号間には、周方向ロブモードの次数と所定の角度間隔とに応じた位相差がある。これにより、円環板１０２の振動モードが回転し、翼騒音のロブモード特性を模擬することが可能となる。音発生装置１００は、翼騒音低減への利用では、対象ロブモードの次数に等しい次数のロブモードを励起するように構成される。例えば、対象ロブモードが４次ロブモードである場合、音発生装置１００は、振動板１０２に４次ロブモードを励起するように構成される。

【0029】

図１２Ａは、第１制御部１５２に含まれる駆動回路の一例を概略的に示している。図１２Ａに示す例では、第１制御部１５２は、駆動信号生成部１６１及び位相シフタ１６２－１～１６２－Ｎを備える。駆動信号生成部１６１は駆動信号を生成する。駆動信号はＮ分岐されて位相シフタ１６２－１～１６２－Ｎに供給される。位相シフタ１６２－ｉは駆動信号に位相シフト－Ｍφ_ｉを適用する。ここで、φ_ｉ＝２π（ｉ－１）／Ｎであり、Ｍは周方向ロブモードの次数であり、Ｎは加振アクチュエータ１０４の個数である。位相シフタ１６２－ｉにより位相シフト－Ｍφ_ｉが適用された駆動信号は、加振アクチュエータ１０４－ｉに送出される。

【0030】

図１２Ｂは、第１制御部１５２に含まれる駆動回路の他の構成例を概略的に示している。図１２Ｂに示す例では、第１制御部１５２は、駆動信号生成部１６１及び遅延器１６３－１～１６３－Ｎを備える。駆動信号生成部１６１から出力される駆動信号はＮ分岐されて遅延器１６３－１～１６３－Ｎに供給される。遅延器１６３－ｉは駆動信号を時間Ｍφ_ｉ／２πｆだけ遅延させる。ここで、φ_ｉ＝２π（ｉ－１）／Ｎであり、ｆは駆動信号の周波数である。遅延器１６３－ｉにより時間Ｍφ_ｉ／２πｆだけ遅延された駆動信号は加振アクチュエータ１０４－ｉに送出される。

【0031】

図１３は、１～６次ロブモードに対応する円環板１０２の振動モードを概略的に示している。図１３において、Ｍｉはｉ次ロブモードを表す。図１３に示すように、変位が最大となる位置である腹の数は周方向ロブモードの次数に依存する。

【0032】

図１４Ａは３次ロブモードに対応する円環板１０２の振動モードが回転する様子を概略的に示し、図１４Ｂは４次ロブモードに対応する円環板１０２の振動モードが回転する様子を概略的に示している。図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、「＋」は変位が上方向である腹を表し、「－」では変位が下方向である腹を表す。図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、円環板１０２の振動モードは時間とともに回転する。

【0033】

図１１を再び参照すると、第２制御部１５４は加圧アクチュエータ１１２を制御する。例えば、第２制御部１５４は、加圧アクチュエータ１１２を駆動するための駆動信号を生成し、駆動信号を加圧アクチュエータ１１２に送出する。第２制御部１５４は、事前に作成されるデータマップ１５６を参照して円環板１０２に印加する圧力値を決定し、決定した圧力値に基づいて駆動信号を生成する。データマップ１５６は、円環板１０２への加圧力と固有振動数又は対象周波数との関係を示す情報を含む。

【0034】

データマップ１５６は、ハンマリングなどでモーダル解析を実施することにより作成されてもよい。データマップ１５６は、各加圧力にて、周波数をスイープしながら加振アクチュエータ１０４で円環板１０２を加振し、円環板１０２から放射される音圧が最も高くなる周波数を固有振動数として特定する処理を複数の加圧力それぞれについて行うことにより、作成されてもよい。

【0035】

図１５は、ある円環板に対する一例として、円環板１０２への加圧力と固有振動数との関係を概略的に示している。図１５に示すように、円環板１０２への加圧力が大きいほど、固有振動数が高くなる。

【0036】

上述した構成を有する音発生装置１００では、３つ以上の加振アクチュエータ１０４が所定の角度間隔で円環板１０２に配置され、所定の角度間隔だけ離れた２つの加振アクチュエータのための駆動信号間に、円環板１０２に励起しようとするロブモードの次数と所定の角度間隔とに応じた位相差がある。これにより、円環板１０２に励起されるロブモードが回転する。この結果、翼騒音のロブモード特性を模擬することが可能となる。音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４を使用して円環板１０２を振動させることで音を放射するものであり、複数のスピーカを離散的に配置する場合と比較して軽量である。さらに、音場や翼の流れに乱れが生じることを抑制することができる。

【0037】

円環板１０２からロブモードに対応する音波が放射されるため、音発生装置１００の音源特性は、スピーカを離散的に配置する技術と比較して、円周状連続音源特性に近づき、翼の回転により発生する騒音の特性との類似度が上がる。円環板１０２は円環板１０２の振動モードに対応する固有振動数が対象周波数に合致するように設計される。これにより、円環板１０２の音放射効率が上がり、加振アクチュエータ１０４の出力（加振アクチュエータサイズ）が小さい場合においても、充分な音放射性能を達成することができる。さらに、加圧部により固有振動数を変えることができる。このため、動翼駆動時の回転数変化に伴い対象周波数が変化する場合にも、翼騒音を低減することが可能となる。

【0038】

［加振アクチュエータの配置方法］
加振アクチュエータの配置方法は、以下に説明するＮ＝４Ｍ配置、Ｎ＝２Ｍ＋α配置、λ／４ギャップ配置を含むが、これらに限定されない。

【0039】

Ｎ＝４Ｍ配置は、ロブモードの次数Ｍの４倍の個数の加振アクチュエータを配置する手法である。Ｎ＝４Ｍ配置はλ／４配置とも称される。λは２π／Ｍの円周角を表す。Ｎ＝４Ｍ配置では、加振アクチュエータ数は多くなるが、適用すべき位相シフトが０度、９０度、１８０度、２７０度であるので、１つの９０度位相シフタを用いて周方向ロブモードを駆動することが可能である。

【0040】

図１６Ａは、Ｎ＝４Ｍ配置の一例を概略的に示している。図１６Ａに示す例では、周方向ロブモードが４次ロブモードであり、１６個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１６が２２．５度間隔で円環板１０２に配置されている。加振アクチュエータ１０４－ｉに関する位相シフトは－Ｍφ_ｉであり、φ_ｉ＝２π（ｉ－１）／Ｎである。すなわち、加振アクチュエータ１０４－１、１０４－５、１０４－９、１０４－１３の各々に関する位相シフトは０度であり、加振アクチュエータ１０４－２、１０４－６、１０４－１０、１０４－１４の各々に関する位相シフトは－９０度であり、加振アクチュエータ１０４－３、１０４－７、１０４－１１、１０４－１５の各々に関する位相シフトは－１８０度であり、加振アクチュエータ１０４－４、１０４－８、１０４－１２、１０４－１６の各々に関する位相シフトは－２７０度である。

【0041】

図１６Ｂは、図１６Ａに示したＮ＝４Ｍ配置に使用される第１制御部１５２の駆動回路の一例を概略的に示している。図１６Ｂに示す例では、第１制御部１５２は９０度位相シフタ１６０２及び反転回路１６０４、１６０６を備える。駆動信号ｕは、駆動信号生成部１６１（図１２Ａ）から出力され、三分岐される。第１の分岐駆動信号ｕはそのまま駆動信号ｕ１として出力される。駆動信号ｕ１は、加振アクチュエータ１０４－ｉ（ｉはｍｏｄ（ｉ，４）＝１を満たす）に送出される。具体的には、駆動信号ｕ１は、加振アクチュエータ１０４－１、１０４－５、１０４－９、１０４－１３に送出される。第２の分岐駆動信号ｕは、９０度位相シフタ１６０２に供給される。９０度位相シフタ１６０２は第２の分岐駆動信号に－９０度の位相シフトを適用して駆動信号ｕ２を生成する。駆動信号ｕ２は二分岐される。第１の分岐駆動信号ｕ２は、加振アクチュエータ１０４－ｉ（ｉはｍｏｄ（ｉ，４）＝２を満たす）に送出される。具体的には、第１の分岐駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－６、１０４－１０、１０４－１４に送出される。第２の分岐駆動信号ｕ２は反転回路１６０６に供給される。反転回路１６０６は、第２の分岐駆動信号ｕ２を反転して駆動信号ｕ４を生成する。駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－ｉ（ｉはｍｏｄ（ｉ，４）＝４を満たす）に送出される。具体的には、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－４、１０４－８、１０４－１２、１０４－１６に送出される。第３の分岐駆動信号ｕは反転回路１６０４に供給される。反転回路１６０４は、第３の分岐駆動信号ｕを反転して駆動信号ｕ３を生成する。駆動信号ｕ３は、加振アクチュエータ１０４－ｉ（ｉはｍｏｄ（ｉ，４）＝３を満たす）に送出される。具体的には、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－３、１０４－７、１０４－１１、１０４－１５に送出される。

【0042】

図１７Ａは、Ｎ＝４Ｍ配置の他の例を概略的に示している。図１７Ａに示す例においても、周方向ロブモードは４次ロブモードであり、１６個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１６が等角度間隔に円環板１０２に配置されている。この例では、加振アクチュエータ１０４として扇形圧電素子が使用される。扇形圧電素子は、圧電材料を円環板１０２に塗布することにより円環板１０２に設けられる。加振アクチュエータ１０４－１、１０４－２、１０４－５、１０４－６、１０４－９、１０４－１０、１０４－１３、１０４－１４はプラス極性の圧電素子であり、加振アクチュエータ１０４－３、１０４－４、１０４－７、１０４－８、１０４－１１、１０４－１２、１０４－１５、１０４－１６はマイナス極性の圧電素子である。プラス極性の２つの圧電素子の組みとマイナス極性の２つの圧電素子の組みとが交互に配置されている。

【0043】

図１７Ｂは、図１７Ａに示したＮ＝４Ｍ配置に使用される第１制御部１５２の駆動回路の一例を概略的に示している。図１７Ｂに示すように、第１制御部１５２は９０度位相シフタ１７０２を備える。駆動信号ｕは、駆動信号生成部１６１（図１２Ａ）から出力され、二分岐される。第１の分岐駆動信号ｕはそのまま駆動信号ｕ１として出力される。駆動信号ｕ１は、加振アクチュエータ１０４－１、１０４－３、１０４－５、１０４－７、１０４－９、１０４－１１、１０４－１３、１０４－１５に送出される。第２の分岐駆動信号ｕは、９０度位相シフタ１７０２に供給される。９０度位相シフタ１７０２は第２の分岐駆動信号に－９０度の位相シフトを適用して駆動信号ｕ２を生成する。駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－４、１０４－６、１０４－８、１０４－１０、１０４－１２、１０４－１４、１０４－１６に送出される。

【0044】

図１７Ａに示す例では、加振アクチュエータ１０４はユニモルフ型圧電素子である。加振アクチュエータ１０４は、プラス極性の圧電素子及びマイナス極性の圧電素子を含むバイモルフ型圧電素子であってもよい。図１８は、加振アクチュエータ１０４がバイモルフ型圧電素子である場合におけるＮ＝４Ｍ配置の例を概略的に示している。図１８において、上側は円環板１０２の上面を示し、下側は円環板１０２の下面を示す。図１８に示すように、加振アクチュエータ１０４－ｉ（ｉ＝１、２、５、６、９、１０、１３、１４）は、円環板１０２の上面に塗布されたプラス極性の圧電素子と、プラス極性の圧電素子に対向し、円環板１０２の下面に塗布されたマイナス極性の圧電素子と、を含む。加振アクチュエータ１０４－ｉ（ｉ＝３５７、８、１１、１２、１５、１６）は、円環板１０２の上面に塗布されたマイナス極性の圧電素子と、円環板１０２を介してマイナス極性の圧電素子に対向し、円環板１０２の下面に塗布されたプラス極性の圧電素子と、を含む。加振アクチュエータ１０４としてバイモルフ型圧電素子を使用することにより、円環板１０２への加振力を強めることが可能である。図１８に示す加振アクチュエータ配置についても図１７Ｂに示した駆動回路を使用することができる。

【0045】

このように、Ｎ＝４Ｍ配置では、１つの９０度位相シフタを使用して周方向ロブモードを励起することが可能である。加振アクチュエータ１０４は小型軽量であるので、Ｎ＝４Ｍ配置が充分に可能である。加振アクチュエータ１０４が圧電材料の塗布により実施される場合、装置のさらなる軽量化及び小型化を達成できる。

【0046】

Ｎ＝２Ｍ＋α配置は、ロブモードの次数の２倍にαを加えた個数の加振アクチュエータを配置する手法である。ここで、αは１以上の整数である。空間エイリアスの観点から、αは３以上であることが望ましい。Ｎ＝２Ｍ＋α配置では、Ｎが３Ｍ以外の偶数である場合、Ｎ／２－１個の位相シフタが必要となる。例えば、周方向ロブモードが７次ロブモードであり、１６個の加振アクチュエータ１０４が円環板１０２に配置される場合、７個の位相シフタが必要となる。Ｎが３Ｍである場合は、２個の位相シフタで済む。位相シフタの個数と加振アクチュエータの個数との兼ね合いを考慮して値Ｎを決定する。

【0047】

図１９Ａは、Ｎ＝２Ｍ＋α配置の一例を概略的に示している。図１９Ａに示す例では、周方向ロブモードは４次ロブモードであり、１２個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１２が３０度間隔で円環板１０２に配置されている。

【0048】

図１９Ｂは、図１９Ａに示したＮ＝２Ｍ＋α配置にて、Ｎ＝３Ｍを満たすときに、使用される第１制御部１５２の駆動回路の一例を概略的に示している。図１９Ｂに示すように、第１制御部１５２は１２０度位相シフタ１９０２及び２４０度位相シフタ１９０４を備える。駆動信号ｕは、駆動信号生成部１６１（図１２Ａ）から出力され、三分岐される。第１の分岐駆動信号ｕはそのまま駆動信号ｕ１として出力される。駆動信号ｕ１は、加振アクチュエータ１０４－１、１０４－４、１０４－７、１０４－１０に送出される。第２の分岐駆動信号ｕは、１２０度位相シフタ１９０２に供給される。１２０度位相シフタ１９０２は第２の分岐駆動信号ｕに－１２０度の位相シフトを適用して駆動信号ｕ２を生成する。駆動信号ｕ２は、加振アクチュエータ１０４－２、１０４－５、１０４－８、１０４－１１に送出される。第３の分岐駆動信号ｕは２４０度位相シフタ１９０４に供給される。２４０度位相シフタ１９０４は第３の分岐駆動信号ｕに－２４０度の位相シフトを適用して駆動信号ｕ３を生成する。駆動信号ｕ３は、加振アクチュエータ１０４－３、１０４－６、１０４－９、１０４－１２に送出される。

【0049】

λ／４ギャップ配置は、２Ｍ－２個の圧電素子を配置し、そのうちの２つの圧電素子をλ／４の角度のギャップを空けて配置する手法である。λ／４ギャップ配置は、円環板１０２の表面波を励起する方式であり、円環板１０２の振動モードを励起するために使用することはできない。ただし、用途が物体浮遊である場合には、λ／４ギャップ配置を採用することができる。

【0050】

図２０は、λ／４ギャップ配置の一例を概略的に示している。図２０に示す例では、１４個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１４が円環板１０２に配置されている。加振アクチュエータ１０４－２、１０４－４、１０４－６、１０４－８、１０４－１０、１０４－１２、１０４－１４はプラス極性の圧電素子であり、加振アクチュエータ１０４－１、１０４－３、１０４－５、１０４－７、１０４－９、１０４－１１、１０４－１３はマイナス極性の圧電素子である。加振アクチュエータ１０４－１１、１０４－１２間にλ／４のギャップがあり、加振アクチュエータ１０４－３、１０４－４間に３λ／４のギャップがある。加振アクチュエータ１０４－４～１０４－１１に駆動信号ｕ１が送出され、加振アクチュエータ１０４－１～１０４－３、１０４－１２～１０４－１４に駆動信号ｕ２が送出される。駆動信号ｕ２は、駆動信号ｕ１に－９０度の位相シフトを適用することで得られる信号である。

【0051】

［位相シフタ］
遅延器は信号を時間シフトさせるものであり、遅延器を用いて駆動回路を構築することは容易である。しかしながら、動翼の回転周波数が変化するたびに遅延時間を調整する必要がある。これは、後述する音発生装置からマイクまでの経路特性の変更となる。よって、動翼の回転周波数が変化するたびに経路特性も変更する必要があり、不便である。これに対して、位相シフタは周波数依存がないため、位相シフト量及び経路特性を変更する必要がない。

【0052】

９０度位相シフタは、ヒルベルト変換器とも称され、ＦＩＲフィルタの下記ＦＩＲ係数を用いて実現することができる。

【数1】

ここで、ｇ（ｉ）はｉ番目の係数であり、Ｌｆはフィルタ長である。

【0053】

図２１の左側図には、フィルタ長Ｌｆが２５６である場合のヒルベルト変換器の特性が示されている。図２２は、ヒルベルト変換器を用いた９０度位相シフタを概略的に示している。図２２に示すように、９０度位相シフタは、遅延器２２０２及びヒルベルト変換器２２０４を備える。ヒルベルト変換器２２０４は、信号ｕにπ／２の位相シフトを適用して信号ｕ２を生成する。ＦＩＲフィルタを用いたヒルベルト変換器２２０４はＬｆ／２Ｆｓ秒の遅延を含む。ここで、Ｆｓはサンプリング周波数である。遅延器２２０２は、ヒルベルト変換器２２０４により生じる遅延時間だけ信号ｕを遅延させて信号ｕ１を生成する。遅延器２２０２は、フィルタ係数ｈ（Ｌｆ／２）＝１を有するＦＩＲフィルタを用いて実現することができる。図２１の右側図に示すように、入力ｕに対する遅延器２２０２の出力ｕ１と入力ｕに対するヒルベルト変換器２２０４の出力ｕ２との間の位相差は周波数によらず９０度となる。

【0054】

９０度以外の位相シフトを適用する位相シフタは、三角関数の合成により、ヒルベルト変換器を使用して実現することができる。

【0055】

図２３は、入力信号に位相シフトθを適用する位相シフタを概略的に示している。図２３に示す位相シフタは、遅延器２３０２、ヒルベルト変換器２３０４、増幅器２３０６、要素２３０８、及び増幅器２３１０を備える。要素２３０８は、０°＜θ＜９０°又は２７０°＜θ＜３６０°では加算器であり、９０°＜θ＜１８０°又は１８０°＜θ＜２７０°では減算器である。

【0056】

信号ｕは二分岐されて遅延器２３０２及びヒルベルト変換器２３０４に供給される。遅延器２３０２はヒルベルト変換器２２０４により生じる遅延時間だけ信号ｕを遅延させる。ヒルベルト変換器２３０４の出力信号は増幅器２３０６により増幅される。増幅器２３０６は、０°＜θ＜９０°又は２７０°＜θ＜３６０°の場合には、ｔａｎθの利得を有し、９０°＜θ＜１８０°又は１８０°＜θ＜２７０°の場合には、－ｔａｎθの利得を有する。要素２３０８は、増幅器２３０６の出力信号に信号ｕ１を加算し、又は増幅器２３０６の出力信号から信号ｕ１を減算する。増幅器２３１０は、要素２３０８の出力信号を増幅する。増幅器２３１０は１／√（１＋ｔａｎ^２θ）の利得を有する。遅延器２３０２の出力信号ｕ１と増幅器２３１０の出力信号ｕ２との間の位相差がθとなる。

【数2】

【0057】

図２４に示すように、任意の位相シフトの場合、フィルタ長Ｌｆに依存して、低周波数における遅延誤差が生じる。図２４に示すグラフはＬｆ／Ｆｓにて正規化できるため、例えば、Ｌｆ／Ｆｓ＝５１２／１００００の設定では、２００Ｈｚ以上にて０．５度以下の誤差範囲となる。使用周波数帯域とサンプリング周波数に合わせて、フィルタ長Ｌｆは設定される。

【0058】

以降では、ＦＩＲフィルタを用いて入力信号に位相シフトθを適用する位相シフタをフィルタｊ（θ）と称することもある。

【0059】

図２５は、フィルタＪ（θ）を使用して図１２Ａに示した駆動回路を構築する例を概略的に示している。図２５に示す駆動回路は、遅延器と、（Ｎ－１）個のフィルタＪ（θ_２）、・・・Ｊ（θ_Ｎ）と、を含む。この駆動回路では、全体にＬｆ／２Ｆｓ秒の時間遅延がかかることになるが、位相差は保たれる。この駆動回路では、回転周波数の変化に対して位相シフタのパラメータ（具体的には位相シフト量）を調整する必要がない。これは、翼騒音低減装置における音発生装置の入力からマイクまでの経路特性の固定につながるため、図２５に示す駆動回路は、図１２Ｂに示すような遅延器のみで信号間に位相差を生成する駆動回路に比べて大きな利点がある。

【0060】

図２６は、フィルタＪ（９０）を使用して図１６Ｂに示した駆動回路を構築する例を概略的に示している。図２６に示す駆動回路は、遅延器２６０２、９０度位相シフタ（フィルタＪ（９０））２６０４、及び反転回路２６０６、２６０８を備える。遅延器２６０２はＬｆ／２Ｆｓ秒だけ信号ｕを遅延させる。遅延器２６０２の出力は二分岐され、一方は信号ｕ１として出力され、他方は反転回路２６０６に供給される。反転回路２６０６は遅延器２６０２からの信号を反転させて信号ｕ３を生成する。９０度位相シフタ２６０４は信号ｕに－９０度の位相シフトを適用する。９０度位相シフタ２６０４の出力は二分岐され、一方は信号ｕ２として出力され、他方は反転回路２６０８に供給される。反転回路２６０８は９０度位相シフタ２６０４からの信号を反転させて信号ｕ４を生成する。

【0061】

図２７は、フィルタＪ（９０）を使用して図１７Ｂに示した駆動回路を構築する例を概略的に示している。図２７に示す駆動回路は、遅延器２７０２及び９０度位相シフタ（フィルタＪ（９０））２７０４を備える。遅延器２７０２はＬｆ／２Ｆｓ秒だけ信号ｕを遅延させて信号ｕ１を生成する。９０度位相シフタ２７０４は信号ｕに－９０度の位相シフトを適用して信号ｕ２を生成する。

【0062】

図２８は、フィルタＪ（１２０）及びフィルタＪ（２４０）を使用して図１９Ｂに示した駆動回路を構築する例を概略的に示している。図２８に示す駆動回路は、遅延器２８０２、１２０度位相シフタ（フィルタＪ（１２０））２８０４、及び２４０度位相シフタ（フィルタＪ（２４０））２８０６を備える。遅延器２８０２はＬｆ／２Ｆｓ秒だけ信号ｕを遅延させて信号ｕ１を生成する。１２０度位相シフタ２８０４は信号ｕに－１２０度の位相シフトを適用して信号ｕ２を生成する。２４０度位相シフタ２８０６は信号ｕに－２４０度の位相シフトを適用して信号ｕ３を生成する。

【0063】

図２９は、加振アクチュエータ数が偶数であって２Ｍ＋１より多い場合（Ｎ＝２β＞２Ｍ＋１）における駆動回路を概略的に示している。ここで、βは加振アクチュエータ数の半分である。図２９に示す駆動回路は、遅延器２９０２－１、位相シフタ（Ｊ（１８０Ｍ／β）、・・・、Ｊ（１８０（ｉ－１）Ｍ／β））２９０２－２、・・・、２９０２－β、及び反転回路２９０４－１、・・・、２９０４－βを備える。

【0064】

遅延器２９０２－１は、駆動信号生成部１６１（図１２Ａ）からの駆動信号ｕをＬｆ／２Ｆｓ秒だけ遅延させる。遅延器２９０２－１の出力信号は二分岐され、一方は信号ｕ１として加振アクチュエータ１０４－１に送出され、他方は反転回路２９０４－１に供給される。反転回路２９０４－１は、遅延器２９０２－１からの信号を反転させて信号ｕ（β＋１）を生成する。信号ｕ（β＋１）は加振アクチュエータ１０４－（β＋１）に送出される。

【0065】

位相シフタ２９０２－ｉは、駆動信号生成部１６１（図１２Ａ）からの駆動信号ｕに－１８０（ｉ－１）Ｍ／βの位相シフトを適用する。位相シフタ２９０２－ｉの出力信号は二分岐され、一方は信号ｕｉとして加振アクチュエータ１０４－ｉに送出され、他方は反転回路２９０４－ｉに供給される。反転回路２９０４－ｉは、位相シフタ２９０２－ｉからの信号を反転させて信号ｕ（β＋ｉ）を生成する。信号ｕ（β＋ｉ）は加振アクチュエータ１０４－（β＋ｉ）に送出される。

【0066】

［複数ロブモード駆動］
図１に示した音発生装置１００は、１つの周波数及び１つのロブモード（以降、モード（ｆｉ，Ｍｉ）と記載する）に対して効率的な放射性能を有する。複数のモード（ｆｉ，Ｍｉ）を駆動するためには、複数の円環板が必要となる。複数の円環板を配置する方法としては、円環板を横方向に並べる方式及び円環板を縦方向に並べる方式が考えられる。

【0067】

図３０Ａは、実施形態に係る音発生装置１００の他の構造例を概略的に示し、図３０Ｂは、図３０Ａに示すＢ－Ｂ′線における音発生装置１００の断面を概略的に示している。図３０Ａ及び図３０Ｂに示す例では、音発生装置１００は、横方向に並べられる円環板１０２－１、１０２－２、１０２－３を備える。円環板１０２－１、１０２－２、１０２－３はケース１０６に固定され、円環板１０２－２が円環板１０２－１の内側に配置され、円環板１０２－３が円環板１０２－２の内側に配置されている。外側に位置する円環板１０２ほど、外寸半径は大きくなる。具体的には、円環板１０２－１の外寸半径は円環板１０２－２の外寸半径より大きく、円環板１０２－２の外寸半径は円環板１０２－３の外寸半径より大きい。よって、円環板１０２－３は高い周波数向けとなり、円環板１０２－１は低い周波数向けとなる。例えば、同一ロブモードを出力する場合、円環板１０２－３は高い周波数向けとなり、円環板１０２－１は低い周波数向けとなる。また、同一周波数で複数のロブモードを出力する場合、円環板１０２－３は低次ロブモード向けとなり、円環板１０２－１は高次ロブモード向けとなる。これは、外寸半径が大きいほど、同一ロブモードの固有振動数が低くなるためである。

【0068】

図３１は、実施形態に係る音発生装置１００のさらなる構造例を概略的に示している。図３１に示す例では、音発生装置１００は、各々が図１に示したものと同じ構造を有する音発生部１３２、１３４を備え、音発生部１３４が音発生部１３２の内側に配置される。言い換えると、音発生装置１００は、大きさの異なる２つの音発生装置が入れ子になったものである。

【0069】

図３２Ａは、実施形態に係る音発生装置１００のさらに別の構造例を概略的に示し、図３２Ｂは、図３２Ａに示すＢ－Ｂ′線における音発生装置１００の断面を概略的に示している。図３２Ａ及び図３２Ｂに示す例では、音発生装置１００は、縦方向に並べられる円環板１０２－１、１０２－２、１０２－３を備える。円環板１０２－１、１０２－２、１０２－３は、ケース１０６に固定され、円環板１０２－２が円環板１０２－１の上側に配置され、円環板１０２－３が円環板１０２－２の上側に配置されている。円環板１０２－１、１０２－２、１０２－３の内寸半径は互いに等しく、円環板１０２－１の外寸半径は円環板１０２－２の外寸半径より大きく、円環板１０２－２の外寸半径は円環板１０２－３の外寸半径より大きい。よって、円環板１０２－３は高い周波数向けとなり、円環板１０２－１は低い周波数向けとなる。

【0070】

［ロブモード切替］
特定の加振アクチュエータ配置では、ロブモードを切り替えることが可能である。以下では、少数の位相シフタを使用してロブモードを切り替える方法例を説明する。

【0071】

図３３は、Ｍ次ロブモードに対するＮ＝３Ｍ配置での加振アクチュエータ数及びＮ＝４Ｍ配置での加振アクチュエータ数を示している。図３３に示すように、例えば、周方向ロブモードが３次ロブモードである場合、Ｎ＝３Ｍ配置での加振アクチュエータ数は９個であり、Ｎ＝４Ｍ配置での加振アクチュエータ数は１２個である。上述したように、Ｎ＝３Ｍ配置では、２つの位相シフタで駆動回路を構成することが可能であり、Ｎ＝４Ｍ配置では、１つの位相シフタで駆動回路を構成することが可能である。

【0072】

図３４に示すように１２個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１２が３０度間隔で円環板１０２に配置される場合、音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１２及び３つの位相シフタを使用して、１次、３次、４次ロブモードに対応する３つの振動モードのうちの１つを選択的に円環板１０２に励起することができる。

【0073】

図３５Ａは、第１制御部１５２の駆動回路に含まれる、１次及び３次ロブモードを励起するための回路を概略的に示し、図３５Ｂは、第１制御部１５２の駆動回路に含まれる、４次ロブモードを励起するための回路を概略的に示している。図３５Ａ及び図３５Ｂに示すように、駆動回路は、遅延器３５０２、９０度位相シフタ３５０４、反転回路３５０６、３５０８、１２０度位相シフタ３５１０、及び２４０度位相シフタ３５１２を備える。

【0074】

図３５Ａにおいて、駆動信号ｕ１、ｕ２間の位相差は９０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ３間の位相差は１８０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ４間の位相差は２７０度である。

【0075】

１次ロブモードを励起する場合、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－３に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－６に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－９に送出され、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－１２に送出される。１次ロブモードは、９０度間隔で配置された４つの加振アクチュエータ１０４及び９０度位相シフタ３５０４を使用して励起される。

【0076】

３次ロブモードを励起する場合、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－１、１０４－５、１０４－９に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－６、１０４－１０に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－３、１０４－７、１０４－１１に送出され、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－４、１０４－８、１０４－１２に送出される。３次ロブモードは、３０度間隔で配置された１２個の加振アクチュエータ１０４及び９０度位相シフタ３５０４を使用して励起される。

【0077】

図３５Ｂにおいて、駆動信号ｕ１、ｕ２間の位相差は１２０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ３間の位相差は２４０度である。４次ロブモードを励起する場合、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－１、１０４－４、１０４－７、１０４－１０に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－５、１０４－８、１０４－１１に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－３、１０４－６、１０４－９、１０４－１２に送出される。４次ロブモードは、３０度間隔で配置された１２個の加振アクチュエータ１０４、１２０度位相シフタ３５１０、及び２４０度位相シフタ３５１２を使用して励起される。

【0078】

図３６に示すように１６個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１６が２２．５度間隔で円環板１０２に配置される場合、音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４－１～１０４－１６及び１つの位相シフタを使用して、１次、２次、４次ロブモードに対応する３つの振動モードのうちの１つを選択的に円環板１０２に励起することができる。

【0079】

図３６は、第１制御部１５２の駆動回路に含まれる、１次、２次、４次ロブモードを励起するための回路を概略的に示している。図３６に示すように、駆動回路は、遅延器３６０２、９０度位相シフタ３６０４、及び反転回路３６０６、３６０８を備える。図３６において、駆動信号ｕ１、ｕ２間の位相差は９０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ３間の位相差は１８０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ４間の位相差は２７０度である。

【0080】

１次ロブモードを励起する場合、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－４に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－８に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－１２に送出され、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－１６に送出される。１次ロブモードは、９０度間隔で配置された４つの加振アクチュエータ１０４及び９０度位相シフタ３６０４を使用して励起される。

【0081】

２次ロブモードを励起する場合、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－１０に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－４、１０４－１２に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－６、１０４－１４に送出され、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－８、１０４－１６に送出される。２次ロブモードは、４５度間隔で配置された８つの加振アクチュエータ１０４及び９０度位相シフタ３６０４を使用して励起される。

【0082】

４次ロブモードを励起する場合、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－１、１０４－５、１０４－９、１０４－１３に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－６、１０４－１０、１０４－１４に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－３、１０４－７、１０４－１１、１０４－１５に送出され、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－４、１０４－８、１０４－１２、１０４－１６に送出される。４次ロブモードは、２２．５度間隔で配置された１６個の加振アクチュエータ１０４及び９０度位相シフタ３６０４を使用して励起される。

【0083】

図３７に示すように２４個の加振アクチュエータ１０４－１～１０４－２４が１５度間隔で円環板１０２に配置される場合、音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４－１～１０４－２４及び３つの位相シフタを使用して、１次から４次、６次、８次ロブモードに対応する６つの振動モードのうちの１つを選択的に円環板１０２に励起することができる。

【0084】

図３８Ａは、第１制御部１５２の駆動回路に含まれる、１次、２次、３次、６次ロブモードを励起するための回路を概略的に示し、図３８Ｂは、第１制御部１５２の駆動回路に含まれる、４次及び６次ロブモードを励起するための回路を概略的に示している。図３８Ａ及び図３８Ｂに示すように、駆動回路は、遅延器３８０２、９０度位相シフタ３８０４、反転回路３８０６、３８０８、１２０度位相シフタ３８１０、及び２４０度位相シフタ３８１２を備える。

【0085】

図３８Ａにおいて、駆動信号ｕ１、ｕ２間の位相差は９０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ３間の位相差は１８０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ４間の位相差は２７０度である。図３８Ｂにおいて、駆動信号ｕ１、ｕ２間の位相差は１２０度であり、駆動信号ｕ１、ｕ３間の位相差は２４０度である。

【0086】

１次から４次ロブモードを励起する方法は、上述したものと同様であるので、説明を省略する。

【0087】

６次ロブモードを励起する場合、図３８Ａに示すように、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－１、１０４－５、１０４－９、１０４－１３、１０４－１７、１０４－２１に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－６、１０４－１０、１０４－１４、１０４－１８、１０４－２２に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－３、１０４－７、１０４－１１、１０４－１５、１０４－１９、１０４－２３に送出され、駆動信号ｕ４は加振アクチュエータ１０４－４、１０４－８、１０４－１２、１０４－１６、１０４－２０、１０４－２４に送出される。６次ロブモードは、１５度間隔で配置された２４個の加振アクチュエータ１０４及び９０度位相シフタ３８０４を使用して励起される。

【0088】

８次ロブモードを励起する場合、図３８Ｂに示すように、駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－１、１０４－４、１０４－７、１０４－１０、１０４－１３、１０４－１６、１０４－１９、１０４－２２に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－２、１０４－５、１０４－８、１０４－１１、１０４－１４、１０４－１７、１０４－２０、１０４－２３に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－３、１０４－６、１０４－９、１０４－１２、１０４－１５、１０４－１８、１０４－２１、１０４－２４に送出される。８次ロブモードは、１５度間隔で配置された２４個の加振アクチュエータ１０４、１２０度位相シフタ３８１０、及び２４０度位相シフタ３８１２を使用して励起される。

【0089】

図３９に示すように３６個の加振アクチュエータ１０４が円環板１０２に配置される場合、音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４、９０度位相シフタ、１２０度位相シフタ、及び２４０度位相シフタを使用して、１次～６次、８次ロブモードに対応する７つの振動モードのうちの１つを選択的に円環板１０２に励起することができる。図３９において、加振アクチュエータ１０４－１５＿１～１０４－１５＿１５は２４度間隔で配置され、加振アクチュエータ１０４－２４＿１～１０４－２４＿２４は１５度間隔で配置される。加振アクチュエータ１０４－１５＿１、１０４－２４＿１は１つの加振アクチュエータであり、加振アクチュエータ１０４－１５＿６、１０４－２４＿９は１つの加振アクチュエータであり、加振アクチュエータ１０４－１５＿１１、１０４－２４＿１７は１つの加振アクチュエータである。

【0090】

音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４－２４＿１～１０４－２４＿２４、９０度位相シフタ、１２０度位相シフタ、及び２４０度位相シフタを使用して、１次～４次、６次、８次ロブモードに対応する６つの振動モードのうちの１つを選択的に円環板に励起することができる。１次～４次、６次、８次ロブモードに対応する６つの振動モードを励起する方法は、図３７、図３８Ａ、図３８Ｂを参照して上述したものと同様であるので、説明を省略する。さらに、音発生装置１００は、加振アクチュエータ１０４－１５＿１～１０４－１５＿１５、１２０度位相シフタ、及び２４０度位相シフタを使用して、５次ロブモードを円環板１０２に励起することができる。

【0091】

図４０は、第１制御部１５２の駆動回路に含まれる、５次ロブモードを励起するための回路を概略的に示している。図４０に示すように、遅延器３８０２、１２０度位相シフタ３８１０、及び２４０度位相シフタ３８１２を備える。すなわち、５次ロブモードは、４次ロブモード又は６次ロブモードを励起するための回路を利用して励起される。駆動信号ｕ１は加振アクチュエータ１０４－１５＿１、１０４－１５＿４、１０４－１５＿７、１０４－１５＿１０、１０４－１５＿１３に送出され、駆動信号ｕ２は加振アクチュエータ１０４－１５＿２、１０４－１５＿５、１０４－１５＿８、１０４－１５＿１１、１０４－１５＿１４に送出され、駆動信号ｕ３は加振アクチュエータ１０４－１５＿３、１０４－１５＿６、１０４－１５＿９、１０４－１５＿１２、１０４－１５＿１５に送出される。５次ロブモードは、２４度間隔で配置された１５個の加振アクチュエータ１０４、１２０度位相シフタ３８１０、及び２４０度位相シフタ３８１２を使用して励起される。

【0092】

図３９に示した配置では、加振アクチュエータの間隔が最小３度となる。例えば、加振アクチュエータ１０４－１５＿３、１０４－２４＿４の間隔は３度である。３度の間隔で加振アクチュエータを設置することができない場合、加振アクチュエータ１０４－１５＿１～１０４－１５＿１５及び加振アクチュエータ１０４－２４＿１～１０４－２４＿２４は２つの同心円上に配置されてよい。この場合、３９個の加振アクチュエータ１０４が円環板１０２に設けられることになる。

【0093】

なお、０次ロブモードは、上述した配置の各々において、すべての加振アクチュエータに同一の駆動信号を送出することで励起することができる。

【0094】

［ロブモード分離集音］
ここまで振動モードを切り替える手順について説明したが、逆の手順によりロブモードを分離して集音することが可能である。

【0095】

図４１は、実施形態に係る集音装置３００の一構造例を概略的に示している。図４１に示す例では、集音装置３００は、音を電気信号に変換するマイク３０４－１～３０４－１０をＮｂ個備える。マイク３０４－１～３０４－１０は円周方向に等角度間隔で配置されている。枝番は矢印で示されるロブモードの回転方向と逆方向に沿って順番に付されている。

【0096】

図４２Ａは、集音装置３００の処理回路の一例を概略的に示している。図４２Ａに示す例では、処理回路は、Ｍ次ロブモードに関連する信号を抽出するように構成され、Ｎｂ個の位相シフタ３０６－１～３０６－Ｎｂ、加算器３０７、及び利得が１／Ｎｂである増幅器３０８を備える。ここで、Ｎｂはマイク３０４の数を表す。図４２Ａにおいて、信号ｅｉはマイク３０４－ｉの出力信号を示す。位相シフタ３０６－ｉは信号ｅｉに位相シフト－Ｍφ_ｉを適用する。ここでφ_ｉ＝２π（ｉ－１）／Ｎｂである。位相シフタ３０６－１～３０６－Ｎｂの出力信号は加算器３０７で加算され、加算器３０７の出力信号は増幅器３０８で増幅される（１／Ｎｂ倍に低減される）。増幅器３０８の出力信号ｅがＭ次ロブモードに関する信号である。

【0097】

図４２Ｂは、集音装置３００の処理回路の他の例を概略的に示している。図４２Ｂに示す例では、処理回路は、Ｍ次ロブモードに関する信号を抽出するように構成され、Ｎｂ個の遅延器３０９－１～３０９－Ｎｂ、加算器３０７、及び利得が１／Ｎｂである増幅器３０８を備える。遅延器３０９－ｉは信号ｅｉを時間Ｍφ_ｉ／２πｆだけ遅延させる。ここでφ_ｉ＝２π（ｉ－１）／Ｎｂである。遅延器３０９－１～３０９－Ｎｂの出力信号は加算器３０７で加算され、加算器３０７の出力信号は増幅器３０８で増幅される（１／Ｎｂ倍に低減される）。増幅器３０８の出力信号ｅがＭ次ロブモードに関する信号である。

【0098】

図４２Ａに示される回路を複数用意することで、複数のロブモードを分離することが可能である。しかしながら、多数の位相シフタが必要になる。以下では、より少数の位相シフタで複数のロブモードを分離する方法について説明する。

【0099】

図４３は、実施形態に係る集音装置３００の他の構造例を概略的に示している。図４３に示す例では、集音装置３００は、円周方向に等間隔に配置された３６個のマイク３０４を備える。図４３において、マイク３０４－１５＿１～３０４－１５＿１５は２４度間隔で配置され、マイク３０４－２４＿１～３０４－２４＿２４は１５度間隔で配置される。マイク３０４－１５＿１、３０４－２４＿１は１つのマイクであり、マイク３０４－１５＿６、３０４－２４＿９は１つのマイクであり、マイク３０４－１５＿１１、３０４－２４＿１７は１つのマイクである。

【0100】

図４４Ａは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、１次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ａに示すように、処理回路は、反転回路３１０、３１１、加算器３１２、３１３、３１８、利得が１／２である増幅器３１４、３１５、３１９、遅延器３１６、及び９０度位相シフタ３１７を備える。信号ＩＮ１はマイク３０４－２４＿６から出力される信号である。信号ＩＮ２はマイク３０４－２４＿１２から出力される信号である。信号ＩＮ３はマイク３０４－２４＿１８から出力される信号である。信号ＩＮ４はマイク３０４－２４＿２４から出力される信号である。

【0101】

反転回路３１０の入力端はマイク３０４－２４＿１８に接続される。加算器３１２の第１の入力端はマイク３０４－２４＿６に接続され、加算器３１２の第２の入力端は反転回路３１０の出力端に接続される。加算器３１２の出力端は増幅器３１４の入力端に接続される。増幅器３１４の出力端は遅延器３１６の入力端に接続される。遅延器３１６の出力端は加算器３１８の第１の入力端に接続される。反転回路３１１の入力端はマイク３０４－２４＿２４に接続される。加算器３１３の第１の入力端はマイク３０４－２４＿１２に接続され、加算器３１３の第２の入力端は反転回路３１１の出力端に接続される。加算器３１３の出力端は増幅器３１５の入力端に接続される。増幅器３１５の出力端は９０度位相シフタ３１７の入力端に接続される。９０度位相シフタ３１７の出力端は加算器３１８の第２の入力端に接続される。加算器３１８の出力端は増幅器３１９の入力端に接続される。増幅器３１９の出力端から出力される信号が１次ロブモードに関する信号である。

【0102】

図４４Ｂは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、２次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ｂに示すように、処理回路は、反転回路３２０、３２１、加算器３２２、３２３、３２８、利得が１／４である増幅器３２４、３２５、遅延器３２６、９０度位相シフタ３２７、及び利得が１／２である増幅器３２９をさらに備える。信号ＩＮ１（２）はマイク３０４－２４＿３、３０４－２４＿１５から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ２（２）はマイク３０４－２４＿６、３０４－２４＿１８から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ３（２）はマイク３０４－２４＿９、３０４－２４＿２１から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ４（２）はマイク３０４－２４＿１２、３０４－２４＿２４から出力される信号を足し合わせたものである。

【0103】

図４４Ｂに示す回路構成は、図４４Ａに示す回路構成と同様であるので、図４４Ｂに示す構成要素の接続関係についての説明は省略する。加算器３２２は、第１の入力端において信号ＩＮ１（２）を受け取り、第２の入力端において反転回路３２０により反転された信号ＩＮ３（２）を受け取る。加算器３２３は、第１の入力端において信号ＩＮ２（２）を受け取り、第２の入力端において反転回路３２１により判定された信号ＩＮ４（２）を受け取る。増幅器３２９の出力端から出力される信号が２次ロブモードに関する信号である。

【0104】

図４４Ｃは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、３次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ｃに示すように、処理回路は、反転回路３３０、３３１、加算器３３２、３３３、３３８、利得が１／６である増幅器３３４、３３５、遅延器３３６、９０度位相シフタ３３７、及び利得が１／２である増幅器３３９をさらに備える。信号ＩＮ１（３）はマイク３０４－２４＿２、３０４－２４＿１０、３０４－２４＿１８から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ２（３）はマイク３０４－２４＿４、３０４－２４＿１２、３０４－２４＿２０から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ３（３）はマイク３０４－２４＿６、３０４－２４＿１４、３０４－２４＿２２から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ４（３）はマイク３０４－２４＿８、３０４－２４＿１６、３０４－２４＿２４から出力される信号を足し合わせたものである。

【0105】

図４４Ｃに示す回路構成は、図４４Ａに示す回路構成と同様であるので、図４４Ｃに示す構成要素の接続関係についての説明は省略する。加算器３３２は、第１の入力端において信号ＩＮ１（３）を受け取り、第２の入力端において反転回路３３０により反転された信号ＩＮ３（３）を受け取る。加算器３３３は、第１の入力端において信号ＩＮ２（３）を受け取り、第２の入力端において反転回路３３１により判定された信号ＩＮ４（３）を受け取る。増幅器３３９の出力端から出力される信号が３次ロブモードに関する信号である。

【0106】

図４４Ｄは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、４次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ｄに示すように、処理回路は、利得が１／４である増幅器３４０、３４１、３４２、遅延器３４３、１２０度位相シフタ３４４、２４０度位相シフタ３４５、加算器３４６、及び利得が１／３である増幅器３４７をさらに備える。信号ＩＮ１（４）はマイク３０４－２４＿２、３０４－２４＿８、３０４－２４＿１４、３０４－２４＿２０から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ２（４）はマイク３０４－２４＿４、３０４－２４＿１０、３０４－２４＿１６、３０４－２４＿２２から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ３（４）はマイク３０４－２４＿６、３０４－２４＿１２、３０４－２４＿１８、３０４－２４＿２４から出力される信号を足し合わせたものである。

【0107】

増幅器３４０の入力端は信号ＩＮ１（４）を受け取る。増幅器３４０の出力端は遅延器３４３の入力端に接続される。遅延器３４３の出力端は加算器３４６の第１の入力端に接続される。増幅器３４１の入力端は信号ＩＮ２（４）を受け取る。増幅器３４１の出力端は１２０度位相シフタ３４４の入力端に接続される。１２０度位相シフタ３４４の出力端は加算器３４６の第２の入力端に接続される。増幅器３４２の入力端は信号ＩＮ３（４）を受け取る。増幅器３４２の出力端は２４０度位相シフタ３４５の入力端に接続される。２４０度位相シフタ３４５の出力端は加算器３４６の第３の入力端に接続される。加算器３４６の出力端は増幅器３４７の入力端に接続される。増幅器３４７の出力端から出力される信号が４次ロブモードに関する信号である。

【0108】

図４４Ｅは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、６次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ｅに示すように、処理回路は、反転回路３５０、３５１、加算器３５２、３５３、３５８、利得が１／１２である増幅器３５４、３５５、遅延器３５６、９０度位相シフタ３５７、及び利得が１／２である増幅器３５９をさらに備える。信号ＩＮ１（６）はマイク３０４－２４＿１、３０４－２４＿５、３０４－２４＿９、３０４－２４＿１３、３０４－２４＿１７、３０４－２４＿２１から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ２（６）はマイク３０４－２４＿２、３０４－２４＿６、３０４－２４＿１０、３０４－２４＿１４、３０４－２４＿１８、３０４－２４＿２２から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ３（６）はマイク３０４－２４＿３、３０４－２４＿７、３０４－２４＿１１、３０４－２４＿１５、３０４－２４＿１９、３０４－２４＿２３から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ４（６）はマイク３０４－２４＿４、３０４－２４＿８、３０４－２４＿１２、３０４－２４＿１６、３０４－２４＿２０、３０４－２４＿２４から出力される信号を足し合わせたものである。

【0109】

図４４Ｅに示す回路構成は、図４４Ａに示す回路構成と同様であるので、図４４Ｅに示す構成要素の接続関係についての説明は省略する。加算器３５２は、第１の入力端において信号ＩＮ１（６）を受け取り、第２の入力端において反転回路３５０により反転された信号ＩＮ３（６）を受け取る。加算器３５３は、第１の入力端において信号ＩＮ２（６）を受け取り、第２の入力端において反転回路３５１により判定された信号ＩＮ４（６）を受け取る。増幅器３５９の出力端から出力される信号が６次ロブモードに関する信号である。

【0110】

図４４Ｆは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、８次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ｆに示すように、処理回路は、利得が１／８である増幅器３６０、３６１、３６２、遅延器３６３、１２０度位相シフタ３６４、２４０度位相シフタ３６５、加算器３６６、及び利得が１／３である増幅器３６７をさらに備える。信号ＩＮ１（８）はマイク３０４－２４＿１、３０４－２４＿４、３０４－２４＿７、３０４－２４＿１０、３０４－２４＿１３、３０４－２４＿１６、３０４－２４＿１９、３０４－２４＿２２から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ２（８）はマイク３０４－２４＿２、３０４－２４＿５、３０４－２４＿８、３０４－２４＿１１、３０４－２４＿１４、３０４－２４＿１７、３０４－２４＿２０、３０４－２４＿２３から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ３（８）はマイク３０４－２４＿３、３０４－２４＿６、３０４－２４＿９、３０４－２４＿１２、３０４－２４＿１５、３０４－２４＿１８、３０４－２４＿２１、３０４－２４＿２４から出力される信号を足し合わせたものである。

【0111】

図４４Ｆに示す回路構成は、図４４Ｄに示す回路構成と同様であるので、図４４Ｆに示す構成要素の接続関係についての説明は省略する。増幅器３６０の入力端は信号ＩＮ１（８）を受け取る。増幅器３６１の入力端は信号ＩＮ２（８）を受け取る。増幅器３６２の入力端は信号ＩＮ３（８）を受け取る。増幅器３６７の出力端から出力される信号が６次ロブモードに関する信号である。

【0112】

図４４Ｇは、図４３に示した集音装置３００の処理回路に含まれる、５次ロブモードに関する信号を抽出するための回路を概略的に示している。図４４Ｇに示すように、処理回路は、利得が１／５である増幅器３７０、３７１、３７２、遅延器３７３、１２０度位相シフタ３７４、２４０度位相シフタ３７５、加算器３７６、及び利得が１／３である増幅器３７７をさらに備える。信号ＩＮ１（５）はマイク３０４－１５＿１、３０４－１５＿４、３０４－１５＿７、３０４－１５＿１０、３０４－１５＿１３から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ２（５）はマイク３０４－１５＿２、３０４－１５＿５、３０４－１５＿８、３０４－１５＿１１、３０４－１５＿１４から出力される信号を足し合わせたものである。信号ＩＮ３（５）はマイク３０４－１５＿３、３０４－１５＿６、３０４－１５＿９、３０４－１５＿１２、３０４－１５＿１５から出力される信号を足し合わせたものである。

【0113】

図４４Ｇに示す回路構成は、図４４Ｄに示す回路構成と同様であるので、図４４Ｇに示す構成要素の接続関係についての説明は省略する。増幅器３７０の入力端は信号ＩＮ１（５）を受け取る。増幅器３７１の入力端は信号ＩＮ２（５）を受け取る。増幅器３７２の入力端は信号ＩＮ３（５）を受け取る。増幅器３７７の出力端から出力される信号が５次ロブモードに関する信号である。

【0114】

集音装置３００は、２４個のマイク及び８つの位相シフタを使用することで、１次から４次、６次、８次ロブモードに対応する信号を互いに分離することができる。集音装置３００は、３５個のマイク及び１０個の位相シフタを使用することで、１次から６次、８次ロブモードに対応する信号を互いに分離することができる。

【0115】

また、３０度間隔で配置された１２個のマイク及び４つの位相シフタを使用することで１次、３次、４次ロブモードを分離することが可能である。２２．５度間隔で配置された１６個のマイク及び３つの位相シフタを使用することで１次、２次、４次ロブモードを分離することが可能である。

【0116】

なお、単一のロブモードに関する信号を得る場合には、集音装置３００の処理回路は、そのロブモードに関する信号を抽出する回路を備えればよい。例えば、集音装置３００は、４Ｍ個のマイク３０４と図４４Ｅに示すような処理回路とを備える。図４４Ｅに示す回路は、２４個のマイク３０４から出力される信号から６次ロブモードに関する信号を得るように構成されたものである。

【0117】

０次ロブモードに関する信号は、マイク３０４から出力される信号を加算平均することにより得ることができる。

【0118】

［適用例１（翼騒音低減）］
次に、実施形態に係る音発生装置を翼騒音低減に適用する例について説明する。

【0119】

図４５は、実施形態に係る翼騒音低減装置４００の外観を概略的に示している。図４５に示すように、翼騒音低減装置４００は、音発生装置４０２及び集音装置４０４を備える。音発生装置４０２は図１に示した音発生装置１００であってよい。音発生装置４０２は、円環板１０２、加振アクチュエータ１０４、及び加圧アクチュエータ１１２を備える。加振アクチュエータ１０４の個数及び配置は、加振アクチュエータ１０４に関する駆動回路に必要な位相シフタの数を少なく抑えるように、対象ロブモードの次数に基づいて決定されてよい。集音装置４０４は図４１に示した集音装置３００であってよい。集音装置４０４はマイク３０４を備える。マイク３０４の本数及び配置は、処理回路に必要な位相シフタの数を少なく抑えるように、対象ロブモードの次数に基づいて決定されてよい。

【0120】

騒音源としての動翼２００は音発生装置４０２の内側に配置されることになり、マイク３０４は音発生装置４０２の外側に配置される。騒音源が動翼のみであり、且つ、環境反射の影響が低い場合には、マイクは１つでよく、それ以外の場合には、２Ｍ＋１個以上のマイクを使用することが望ましい。

【0121】

図４６は、翼騒音低減装置４００の制御回路の一例を概略的に示している。図４６に示す例では、制御回路は、フィードフォワード型アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）に基づいている。フィードフォワード型ＡＮＣでは、参照信号として、翼通過パルス信号又は翼駆動電流信号を使用する。翼通過パルス信号は回転翼がある地点を通過するタイミングを記録した信号であり、例えば光学センサを用いて翼のありなしを０／１出力した信号である。翼駆動電流信号は動翼２００を駆動するための電流信号である。例えば、翼駆動電流信号は動翼２００を回転させるモータに印加する電流信号である。

【0122】

図４６に示すように、制御回路は、第１制御部４５２及び第２制御部４５４を備える。第１制御部４５２及び第２制御部４５４はそれぞれ図１１に示した音発生装置１００の第１制御部１５２及び第１制御部１５４に相当する。

【0123】

図４６において、信号ｒは参照信号である。信号ｕは、対象ロブモードによる騒音を低減するための制御音を発するために、加振アクチュエータ１０４を駆動するための駆動信号である。制御フィルタＫは参照信号ｒを駆動信号ｕに変換する適応フィルタである。駆動信号ｕは、例えば、図１２Ａ又は図１２Ｂなどに示されるような駆動回路を通じて加振アクチュエータ１０４に送出される。例えば、対象ロブモードが４次ロブモードであり、１６個の加振アクチュエータ１０４が２２．５度間隔で円環板１０２に配置される場合、図２６に示す駆動回路を使用することができる。信号ｅは集音装置４０４により得られる誤差信号である。具体的には、誤差信号ｅは、図４２Ａ又は図４２Ｂなどに示されるような処理回路でマイク３０４の出力信号を結合することにより得られる。

【0124】

信号ｘは、補助信号であり、二次経路特性Ｃを持つフィルタで参照信号ｒを変換することにより得られる。二次経路特性Ｃは騒音が発生していないときの駆動信号ｕから誤差信号ｅまでの伝達特性である。信号ｕ_ｄは、補助信号であり、補助信号ｘを制御フィルタＫで変換することにより得られる信号から駆動信号ｕを二次経路特性Ｃを持つフィルタで変換することにより得られる信号を減算することにより得られる。

【0125】

第１制御部４５２は、誤差信号ｅ及び参照信号ｒに基づいて駆動信号ｕを生成する。ＡＮＣアルゴリズムとしては、通常のＦｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘや入力拘束などの既知のＡＮＣアルゴリズムを使用することができる。このため、駆動信号ｕの生成についての詳細な説明は省略する。

【0126】

通常のＦｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘでは、下記の評価関数Ｊ（ｔ）が最小となるように制御フィルタＫを更新する。

【数3】

ここで、ｅ（ｔ）は時刻ｔにおける誤差信号を表す。

【0127】

この場合、制御フィルタＫの更新則は下記のように導出される。

【数4】

ここで、μは最急降下法におけるステップサイズであり、βは任意数値（０より大きい）であり、例えば０．０１などとする。Ｋ（ｔ）は時刻ｔにおける制御フィルタＫを表し、φ_ｘは補助信号ｘの時系列データを表す。第１制御部４５２は、上記式（１）の更新則に基づいて制御フィルタＫを更新する。

【0128】

入力拘束では、下記の評価関数Ｊ（ｔ）が最小となるように制御フィルタＫを更新する。

【数5】

ここで、αは入力拘束の度合いを決める０から１の変数（０の時拘束なし、１に近づくほど入力拘束大）であり、ｕ_ｄ（ｔ）は時刻ｔにおける補助信号ｕ_ｄを表す。

【0129】

この場合、制御フィルタＫの更新則は下記のように導出される。

【数6】

第１制御部４５２は、上記式（２）の更新則に基づいて制御フィルタＫを更新する。

【0130】

第２制御部４５４は、加圧アクチュエータ１１２を制御する。具体的には、第２制御部４５４は、円環板１０２に励起される振動モードに対応する固有振動数が対象周波数と合致するように、加圧アクチュエータ１１２を制御する。

【0131】

第２制御部４５４は、翼通過パルス信号又は翼駆動電流信号を受け取り、受け取った信号に基づいて対象ロブモードに対応する周波数を特定する。第２制御部４５４は、特定した周波数を使用してデータマップを参照することにより、円環板１０２に印加する圧力値を決定する。図４７に示すように、データマップは、複数の圧力値を複数の周波数範囲に関連付けた情報を含む。各周波数範囲は例えば２００Ｈｚの幅を有する。各圧力値は、周波数範囲の中心周波数に一致する固有振動数が得られるように設定される。例えば、固有振動数が１０００Ｈｚとなる圧力値が９００Ｈｚから１１００Ｈｚの周波数範囲に関連付けられている。第２制御部４５４は、決定した圧力値に基づいて駆動信号を生成し、駆動信号を加圧アクチュエータ１１２に供給する。

【0132】

円環板１０２への加圧力を変えると、二次経路特性が変動する。このため、第１制御部４５２は、複数の二次経路特性を複数の圧力値に関連付けた情報を保持し、加圧アクチュエータ１１２による円環板１０２への加圧力を変わったときに、変更後の加圧力に対応する二次経路特性を使用するようにする。或いは、二次経路特性の変動に対応可能なＡＮＣアルゴリズムを使用するようにしてもよい。

【0133】

図４８は、翼騒音低減装置４００の制御回路の他の例を概略的に示している。図４８に示す例では、制御回路は、フィードバック型ＡＮＣに基づいている。フィードフォワード型ＡＮＣと同様の部分については詳細な説明を省略する。フィードバック型ＡＮＣでは、翼通過パルス信号又は翼駆動電流信号は、第２制御部４５４において使用されるが、第１制御部４５２では使用されない。

【0134】

図４８において、誤差信号ｅは、集音装置４０４により得られる誤差信号をバンドパスフィルタで処理したものである。バンドパスフィルタは対象周波数を含む周波数帯の信号を抽出するように構成される。信号ｒは、誤差信号ｅから駆動信号ｕを二次経路特性Ｃを持つフィルタで変換することにより得られる信号を減算し、得られた信号を所定の時間だけ遅延させることにより、得られる。駆動信号ｕは、制御フィルタＫで信号ｒを変換することにより得られる。信号ｘは、補助信号であり、二次経路特性Ｃを持つフィルタで信号ｒを変換することにより得られる。信号ｕ_ｄは、補助信号であり、補助信号ｘを制御フィルタＫで変換することにより得られる信号から駆動信号ｕを二次経路特性Ｃを持つフィルタで変換することにより得られる信号を減算することにより得られる。

【0135】

第１制御部４５２は、上記式（１）又は式（２）の更新則に基づいて制御フィルタＫを更新する。

【0136】

音発生装置４０２及び／又は集音装置４０４において遅延器で信号を遅延させることにより信号間の位相差を得る場合、対象周波数が変化するたびに、遅延時間を設定し直す必要がある。さらに、遅延時間を変えると二次経路特性が変化するため、二次経路特性の変化を推定する必要がある。推定は、演算、データベース抽出、又はオンライン推定により実施され得る。

【0137】

これに対して、音発生装置４０２及び集音装置４０４の各々において位相シフタで信号に位相シフトを適用することにより信号間の位相差を得る場合、対象周波数が変化しても、位相シフト量を設定し直す必要がない。よって、煩雑な処理が不要となる。さらに二次経路特性は変化しないので、複雑なＡＮＣアルゴリズムの使用を回避できる。オンライン推定を適用することが困難なフィードバック型ＡＮＣにおいて利点が大きい。

【0138】

翼騒音の周波数ｆｉは下記式のように表すことができる。

【0139】

ｆｉ＝ＢｘΩ／２π
ここで、Ｂは翼枚数であり、Ωは翼回転速度［ｒａｄ／ｓ］であり、ｘはロブモードの次数である。

【0140】

翼が動翼のみを有する場合、１つの周波数ｆｉに対して１つのロブモードがある。翼が動翼及び静翼を有する場合、１つの周波数ｆｉに対してＭ_０個のロブモードがある。ここで、Ｍ_０＝Ｂｘ－ｐＶであり、Ｖは静翼枚数であり、ｐは整数である。

【0141】

よって、翼騒音は多数のロブモードによる騒音を含む。

【0142】

モード分離は周波数分離で実行されるため、翼が動翼のみを有する場合にはマイクは１個でよい。しかしながら、実環境では、環境反射の影響がある。このため、２Ｍ＋１個以上のマイクを使用したモード分離処理が必要となる。

【0143】

Ｌ個のロブモード（ｆｉ，Ｍｉ）を駆動する場合、翼騒音低減装置４００は、Ｌ個の円環板１０２を含む音発生装置４０２及びＬ個の制御回路を備える。ここで、Ｌは２以上の整数である。例えば、音発生装置４０２は、例えば、図３１Ａ、図３２、又は図３３Ａに示した音発生装置１００であってよい。Ｌ個の制御回路の各々は図４６又は図４８に示した制御回路であってよい。各制御回路に入力する誤差信号は、図４１から図４４Ｇに関連して説明した処理により得られた、当該制御回路に対応するロブモード（Ｆｉ，Ｍｉ）に関する信号とする。

【0144】

対象周波数が高いほど、制御音源（円環板１０２）を翼の近くに配置する必要がある。図３１Ａに示した音発生装置１００のように高周波数向けの円環板１０２がより内側に配置されることは翼騒音低減に適している。

【0145】

一般的に、高次ロブモードは減衰しやすい。このため、騒音低減対象は４次以下のロブモードに限ってよい。騒音低減対象が４次以下のロブモードである場合、２４個のマイクを使用すれば充分である。

【0146】

なお、翼騒音低減装置４００は、パッシブ系翼騒音低減装置と併用されてもよい。

【0147】

［適用例２（物体浮遊）］
図４９は、実施形態に係る音発生装置１００を物体浮遊に適用する例を概略的に示している。図４９に示すように、音発生装置１００は、図１に示した構成要素（円環板１０２など）に加えて、音波を反射する反射板１１９を備える。反射板１１９は、図示しない支持部材を介してケース１０６に固定される。音発生装置１００を物体浮遊に使用する場合、円環板１０２の振動モードに対応する固有振動数は超音波領域程度（例えば４０ＫＨｚ程度）に高く設定され、加振アクチュエータ１０４のための駆動信号の周波数は超音波領域に設定される。これにより、定在波の節の位置に液滴などの浮遊物体１９０をトラッピングすることができる。さらに、定在波が回転するため、浮遊物体１９０を回転させることができる。回転速度は、加振アクチュエータ１０４の振動周波数とロブモードの次数により決定される。

【0148】

ロブモードの次数が大きいほど、円周上の波長が短くなる。このため、より高次のロブモードを励起することにより、半径のより小さい浮遊物体１９０を回転運動させることが可能となる。

【0149】

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】

【0150】

１００…音発生装置、１０２…円環板、１０３…振動膜、１０４…加振アクチュエータ、１０６…ケース、１０６Ａ…支持部、１０６Ｂ…囲い部、１０６Ｃ…蓋部、１０８，１１０…支持部材、１１２…加圧アクチュエータ、１１３…ボルト、１１４…加圧部材、１１６…弾性板、１１８…薄板、１１９…反射板、１２０…振動伝達部材、１５０…制御回路、１５２…第１制御部、１５４…第２制御部、１５６…データマップ、１６１…駆動信号生成部、１６２…位相シフタ、１６３…遅延器、２００…動翼、３００…集音装置、３０４…マイク、４００…翼騒音低減装置、４０２…音発生装置、４０４…集音装置、４５２…第１制御部、４５４…第２制御部。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30A】

【図30B】

【図31】

【図32A】

【図32B】

【図33】

【図34】

【図35A】

【図35B】

【図36】

【図37】

【図38A】

【図38B】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42A】

【図42B】

【図43】

【図44A】

【図44B】

【図44C】

【図44D】

【図44E】

【図44F】

【図44G】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】