JPH07162995A - Hydraulic drive type speaker - Google Patents
Hydraulic drive type speakerInfo
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- JPH07162995A JPH07162995A JP30774293A JP30774293A JPH07162995A JP H07162995 A JPH07162995 A JP H07162995A JP 30774293 A JP30774293 A JP 30774293A JP 30774293 A JP30774293 A JP 30774293A JP H07162995 A JPH07162995 A JP H07162995A
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- hydraulic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 極低周波から数百Ｈｚまでの周波数の音を出
せる液圧駆動型スピーカを提供する。
【構成】 液圧スピーカ本体６の振動板１の変位を検出
すると共に振動板１がホームポジションを維持するため
の変位検出器７、制御対象の出力信号である信号板１の
加速度検出する加速度検出器８及び音声入力信号が入力
され、その音声入力信号に基づいてサーボ弁５に制御入
力信号を出力する補償制御器９からなり、補償制御器９
が、予め判った音声入力信号に対し振動板１で生じる固
有の周波数特性を加速度検出器８により実測した後、Ｈ
∞ 理論に基づいて、固有の周波数特性を補償するため
の補償制御を行なうよう構成し、その補償制御器で実際
の音声入力信号と加速度信号に基いて制御入力信号を作
ってサーボ弁５を駆動することを特徴としている。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a loudspeaker driven by hydraulic pressure capable of producing sound in a frequency range from extremely low frequency to several hundreds Hz. [Structure] A displacement detector 7 for detecting the displacement of the diaphragm 1 of the hydraulic speaker body 6 and for maintaining the home position of the diaphragm 1, and an acceleration detection for detecting the acceleration of the signal board 1 which is an output signal of the controlled object. And a compensating controller 9 for receiving a voice input signal and outputting a control input signal to the servo valve 5 based on the voice input signal.
However, after the acceleration detector 8 actually measures the frequency characteristic peculiar to the voice input signal generated in the diaphragm 1,
Based on ∞ theory, it is configured to perform compensation control for compensating for the inherent frequency characteristic, and the compensation controller drives the servo valve 5 by generating a control input signal based on the actual voice input signal and acceleration signal. It is characterized by doing.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液圧駆動型スピーカに
関し、特に周波数特性を改善した液圧駆動型スピーカに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydraulic drive type speaker, and more particularly to a hydraulic drive type speaker with improved frequency characteristics.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気信号を音声に変換する装置にスピー
カがあり、スピーカには動電型アクチュエータ方式のス
ピーカと液圧駆動型スピーカとがある。2. Description of the Related Art There is a speaker as a device for converting an electric signal into a voice, and the speaker includes an electrodynamic actuator type speaker and a hydraulic drive type speaker.
【０００３】周知のように動電型アクチュエータ方式の
スピーカは電気信号でボイスコイルを駆動することによ
りコーンを振動させて音声に変換するものである。As is well known, a speaker of an electrodynamic actuator type is one in which a voice coil is driven by an electric signal to vibrate a cone and convert it into voice.
【０００４】これに対して液圧駆動型スピーカは、電気
信号でサーボ弁を制御してシリンダ内の液体の圧力を変
化させることによりピストンヘッドに取り付けられた振
動板を振動させて音声に変換するものである。On the other hand, the hydraulic drive type speaker controls the servo valve by an electric signal to change the pressure of the liquid in the cylinder to vibrate the diaphragm attached to the piston head and convert it into sound. It is a thing.
【０００５】液圧駆動型スピーカは、重低音再生用スピ
ーカとして考案されたもので、従来型のスピーカ（動電
型アクチュエータ方式）と比較して構造的に以下の特徴
が挙げられる。The hydraulic drive type speaker is devised as a speaker for reproducing heavy bass, and has the following structural features as compared with a conventional type speaker (electrokinetic actuator type).
【０００６】(1) 振動板がエッジレス構造であり、また
液圧ピストンで振動板が駆動されるため、ストロークが
大きくとれる。したがって低周波数の音が再生可能であ
る。(1) Since the diaphragm has an edgeless structure and the diaphragm is driven by the hydraulic piston, a large stroke can be obtained. Therefore, low frequency sound can be reproduced.
【０００７】(2) 液圧駆動力を利用して大きな入力が可
能となるため、大音圧の出力が得られる。(2) Since a large input can be made by utilizing the hydraulic driving force, a large sound pressure output can be obtained.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液圧駆
動型スピーカは１００Ｈｚ以下の極低周波の音は出せる
もののそれ以上の音が出しにくいという問題がある。However, the liquid pressure driven type speaker has a problem that it can emit a sound of extremely low frequency of 100 Hz or less, but is hard to produce a sound more than that.
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、極低周波から数百Ｈｚまでの周波数の音を出せる液
圧駆動型スピーカを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a hydraulically driven speaker capable of producing a sound having a frequency from an extremely low frequency to several hundreds of Hz.
【００１０】[0010]
【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、振動板と、振動板に取り付けられたピスト
ンロッドと、ピストンロッドを挿通させてこれを往復自
在に支承している液圧シリンダと、上記ピストンロッド
外周面に一体的に形成されてシリンダ内を前後２室に分
割するピストンヘッドと、制御入力信号に応じて各シリ
ンダ室への供給油量を制御すると共にピストンロッドを
介して振動板を振動させるサーボ弁と、振動板の変位を
検出すると共に振動板がホームポジションを維持するよ
うに位置フィードバックをかけるための変位検出器と、
制御対象の出力信号である振動板の加速度を検出する加
速度検出器と、音声入力信号が入力され、その音声入力
信号に基づいてサーボ弁に制御入力信号を出力する補償
制御器とを備え、補償制御器が、予め判った音声入力信
号に対しサーボ弁，液圧シリンダ，ピストンロッドを介
して駆動される振動板で生じる固有の周波数特性を加速
度検出器により実測した後、目的とする周波数域での出
力周波数特性をフラットにするためにＨ∞理論に基づい
て、固有の周波数特性を補償するための補償制御を行な
うよう構成し、その補償制御器で実際に入力される音声
入力信号と加速度信号に基いて制御入力信号を作り、サ
ーボ弁を駆動するようにしたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a vibrating plate, a piston rod attached to the vibrating plate, a piston rod inserted through the liquid, and a liquid reciprocally supporting the piston rod. A pressure cylinder, a piston head integrally formed on the outer peripheral surface of the piston rod to divide the interior of the cylinder into two chambers, front and rear, and to control the amount of oil supplied to each cylinder chamber in accordance with a control input signal and A servo valve that vibrates the diaphragm through the displacement sensor, and a displacement detector that detects the displacement of the diaphragm and applies position feedback so that the diaphragm maintains the home position,
An acceleration detector that detects the acceleration of the diaphragm, which is the output signal of the controlled object, and a compensation controller that receives the voice input signal and outputs the control input signal to the servo valve based on the voice input signal are provided. In the target frequency range, the controller measures the inherent frequency characteristics of the vibration plate driven by the servo valve, hydraulic cylinder, and piston rod in response to the known audio input signal with the acceleration detector. In order to flatten the output frequency characteristic of, the compensation control for compensating the inherent frequency characteristic is performed based on the H ∞ theory, and the voice input signal and the acceleration signal actually input by the compensation controller are configured. The control input signal is generated based on the above, and the servo valve is driven.
【００１１】また、本発明の液圧駆動型スピーカの補償
制御器は、低周波域での相補感度関数Ｖ（ｓ）の周波数
特性をフラットにするために、数１式Further, the compensation controller for the hydraulic drive type speaker of the present invention uses the formula 1 in order to flatten the frequency characteristic of the complementary sensitivity function V (s) in the low frequency range.
【００１２】[0012]
【数１】｜ＷS ・Ｖ（ｓ）｜ （但し、相補感度関数Ｖ（ｓ）は（１＋ＧＫ）-1、Ｇは
入力信号に対し振動板での固有周波数特性を実測した
後、モデリングを行って得られた制御対象の伝達関数、
ＫはＧからＨ∞ 理論に基づいて導出された有理関数、
ＷS は感度関数Ｖの重み関数）、を最小にする補償周波
数特性を有するものである。[Expression 1] | W S · V (s) | (where complementary sensitivity function V (s) is (1 + GK) −1 , G is the natural frequency characteristic of the diaphragm with respect to the input signal, and then modeling is performed. The transfer function of the controlled object obtained by
K is a rational function derived from G based on the H ∞ theory,
W S has a compensation frequency characteristic that minimizes the weighting function of the sensitivity function V).
【００１３】また、本発明の液圧駆動型スピーカの補償
制御器は、低周波域での相補感度関数Ｖ（ｓ）の周波数
特性をフラットにするために数２式The compensating controller for the hydraulically driven loudspeaker of the present invention uses equation (2) to flatten the frequency characteristic of the complementary sensitivity function V (s) in the low frequency range.
【００１４】[0014]
【数２】｜ＷT ・Ｖ（ｓ）｜ （但し、相補感度関数Ｖ（ｓ）は（１＋ＧＫ）-1ＧＫ、
Ｇはピストンロッド、液圧シリンダ、ピストンヘッド及
びサーボ弁からなる液圧スピーカ本体の周波数特性を実
測した後モデリングを行って得られた液圧スピーカ本体
の伝達関数、ＫはＧからＨ∞ 理論に基づいて導出され
た有理関数、ＷT は相補感度Ｖの重み関数）、を最小に
する補償周波数特性を有するものである。[Expression 2] | W T · V (s) | (where complementary sensitivity function V (s) is (1 + GK) −1 GK,
G is the transfer function of the hydraulic speaker body obtained by modeling after measuring the frequency characteristics of the hydraulic speaker body consisting of the piston rod, hydraulic cylinder, piston head and servo valve, and K is from G to H ∞ theory. A rational function derived based on the above, W T is a weighting function of the complementary sensitivity V), and has a compensation frequency characteristic that minimizes it.
【００１５】また、本発明の液圧駆動型スピーカの補償
制御器は、低周波域での相補感度関数Ｖ（ｓ）の周波数
特性をフラットにするために数３式The compensating controller for the hydraulically driven loudspeaker of the present invention uses equation 3 to flatten the frequency characteristic of the complementary sensitivity function V (s) in the low frequency range.
【００１６】[0016]
【数３】 [Equation 3]
【００１７】（但し、相補感度関数Ｔと感度関数Ｓは数
４式(However, the complementary sensitivity function T and the sensitivity function S are expressed by the equation 4
【００１８】[0018]
【数４】 [Equation 4]
【００１９】Ｇはピストンロッド、液圧シリンダ、ピス
トンヘッド及びサーボ弁からなる液圧スピーカ本体の周
波数特性を実測した後モデリングを行って得られた液圧
スピーカ本体の伝達関数、ＫはＧからＨ∞ 理論に基づ
いて導出された有理関数、ＷS およびＷT はそれぞれ感
度関数Ｓ、相補感度関数Ｔの重み関数）、を最小にする
補償周波数特性を有するものである。G is the transfer function of the hydraulic speaker body obtained by modeling after actually measuring the frequency characteristics of the hydraulic speaker body including the piston rod, the hydraulic cylinder, the piston head and the servo valve, and K is from G to H. The rational functions W S and W T derived based on the ∞ theory have compensation frequency characteristics that minimize the sensitivity function S and the weighting function of the complementary sensitivity function T).
【００２０】[0020]
【作用】上記構成によれば、Ｈ∞ 理論に基づいて設計
された補償制御器が、サーボ弁、液圧シリンダ、ピスト
ンロッドおよび振動板からなるスピーカ本体から出力さ
れる音声に相当する振動板加速度と、補償制御器に入力
される音声入力との偏差を検出し、この偏差と導出した
補償周波数特性に基いて制御入力信号を作ってサーボ弁
を駆動するので、あらかじめ分かってる液圧スピーカ本
体の周波数特性は逆の周波数特性を有する補償制御器で
矯正された後で液圧スピーカ本体に入力されて周波数特
性がフラットに整形される。整形された周波数特性に基
づいて振動板から発生する音声出力に相当する振動板加
速度は加速度検出器で検出されて補償制御器に入力さ
れ、その偏差に基づいて液圧スピーカ本体と、補償制御
器とで形成される閉ループの周波数特性がフラットにな
るように補償制御器の伝達関数が制御される。また、振
動板には位置フィードバックがかかっているので、振動
板の位置が一方に偏るのが防止される。According to the above construction, the compensating controller designed based on the H ∞ theory enables the diaphragm acceleration corresponding to the sound output from the speaker body including the servo valve, the hydraulic cylinder, the piston rod and the diaphragm. , And the deviation from the voice input to the compensation controller is detected, and the servo input is driven by creating a control input signal based on this deviation and the derived compensation frequency characteristic. The frequency characteristic is corrected by the compensation controller having the opposite frequency characteristic, and then input to the hydraulic pressure speaker main body to flatten the frequency characteristic. The diaphragm acceleration corresponding to the audio output generated from the diaphragm based on the shaped frequency characteristics is detected by the acceleration detector and input to the compensation controller, and based on the deviation, the hydraulic speaker main body and the compensation controller. The transfer function of the compensation controller is controlled so that the frequency characteristic of the closed loop formed by and becomes flat. Further, since the diaphragm is subjected to the position feedback, the position of the diaphragm is prevented from being biased to one side.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
【００２２】図１（ａ）は本発明の液圧駆動型スピーカ
の一実施例の概念図である。FIG. 1A is a conceptual diagram of an embodiment of the hydraulically driven speaker of the present invention.
【００２３】図１（ａ）において、１は振動板であり、
２は振動板１に取り付けられ振動を生じさせるためのピ
ストンロッドである。３はピストンロッド２を挿通させ
てこれを往復自在に支承する液圧シリンダであり、４は
ピストンロッド２の外周面に一体的に形成されて液圧シ
リンダ３内を前後２室に分割するピストンヘッドであ
る。５は各シリンダ室３ａ，３ｂへの供給液量を制御す
るサーボ弁である。これらピストンロッド２、液圧シリ
ンダ３、ピストンヘッド４及びサーボ弁５で液圧スピー
カ本体６を形成している。In FIG. 1A, 1 is a diaphragm,
Reference numeral 2 is a piston rod attached to the vibration plate 1 for generating vibration. Reference numeral 3 denotes a hydraulic cylinder that inserts the piston rod 2 and supports the piston rod 2 in a reciprocating manner. The head. Reference numeral 5 is a servo valve for controlling the amount of liquid supplied to each cylinder chamber 3a, 3b. The piston rod 2, the hydraulic cylinder 3, the piston head 4 and the servo valve 5 form a hydraulic speaker body 6.
【００２４】７はピストンロッド２の一端（図では左
端）に設けられ、振動板１の軸方向の変位ｘを検出する
ための変位検出器である。この変位検出器７により振動
板１がホームポジション（振動の中心位置）に戻るよう
に電気的な位置フィードバックがかかっている。８はピ
ストンロッド２の他端（右端）に設けられ、出力周波数
を振動板１の軸方向の加速度ｘ″として検出する加速度
検出器である。Reference numeral 7 denotes a displacement detector provided at one end (left end in the figure) of the piston rod 2 for detecting the axial displacement x of the diaphragm 1. This displacement detector 7 provides electrical position feedback so that the diaphragm 1 returns to the home position (center position of vibration). An acceleration detector 8 is provided at the other end (right end) of the piston rod 2 and detects the output frequency as the acceleration x ″ in the axial direction of the diaphragm 1.
【００２５】９はＨ∞ 理論に基づいて設計された補償
制御器であり、液圧スピーカ本体６と補償制御器９とか
らなる閉ループの周波数整形を行う。すなわち、予め判
った音声入力信号ｒに対しピストンロッド２，液圧シリ
ンダ３，サーボ弁５を介して駆動される振動板１で生じ
る固有の周波数特性を加速度検出器８により実測した
後、目的とする周波数域での出力周波数特性をフラット
にするためにＨ∞ 理論に基づいて、固有の周波数特性
を補償するための補償制御器を導出し、実際に入力され
る音声入力信号ｒを、導出した補償制御器と加速度ｘ″
に基いて制御入力信号ｙを作ってサーボ弁５を駆動する
ものである。Reference numeral 9 denotes a compensation controller designed on the basis of the H ∞ theory, which performs closed-loop frequency shaping consisting of the hydraulic speaker main body 6 and the compensation controller 9. That is, the frequency characteristic peculiar to the diaphragm 1 driven via the piston rod 2, the hydraulic cylinder 3 and the servo valve 5 is measured by the acceleration detector 8 with respect to the voice input signal r which is known in advance, In order to flatten the output frequency characteristic in the frequency range to be used, a compensation controller for compensating the inherent frequency characteristic is derived based on the H ∞ theory, and the voice input signal r actually input is derived. Compensation controller and acceleration x ″
Based on the above, a control input signal y is generated to drive the servo valve 5.
【００２６】以下補償制御器の設計法について説明す
る。図１（ｂ）に示すブロック図は図１（ａ）に示した
液圧駆動型スピーカを表している。Ｋ（ｓ）は補償制御
器を表し、Ｇ（ｓ）は液圧スピーカ本体を表している。
図２は液圧スピーカ本体の周波数特性を表しており、横
軸が周波数を示し、縦軸が利得を示している。The method of designing the compensation controller will be described below. The block diagram shown in FIG. 1B represents the hydraulic drive type speaker shown in FIG. K (s) represents a compensation controller, and G (s) represents a hydraulic speaker body.
FIG. 2 shows the frequency characteristics of the liquid pressure speaker main body, in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain.
【００２７】図２において、曲線Ｌ1 （実線）は予め判
った音声入力信号に対して得られた周波数特性であり、
曲線Ｌ2 （一点鎖線）は液圧スピーカ本体６の物理法則
に基づいたモデルの周波数特性（数５式で与えられる）
である。In FIG. 2, a curve L 1 (solid line) is a frequency characteristic obtained for a voice input signal which is known in advance,
The curve L 2 (dashed line) is the frequency characteristic of the model based on the physical law of the hydraulic loudspeaker body 6 (given by equation 5).
Is.
【００２８】同図に示す曲線Ｌ2 で表されるようにこの
モデルは実測周波数特性の平均的な特性は表現してはい
るものの、共振特性、特に低域でのモデル誤差が大き
い。そこで実測データに基づくモデリングを行う。As represented by the curve L 2 shown in the figure, although this model expresses the average characteristic of the measured frequency characteristic, the resonance characteristic, particularly the model error in the low range, is large. Therefore, modeling based on actual measurement data is performed.
【００２９】[0029]
【数５】 [Equation 5]
【００３０】実測した液圧スピーカ本体６の周波数特性
は、例えばフレキシブルアーム等に代表される分布定数
系或いは振動系固有の特性に類似していることが分か
る。フレキシブルアームを例にとって考えるとその伝達
関数は数６式で表され、それは「剛体モード＋振動モー
ド」を意味している。It can be seen that the measured frequency characteristics of the hydraulic speaker body 6 are similar to the characteristics peculiar to the distributed constant system or the vibration system represented by, for example, a flexible arm. Taking the flexible arm as an example, its transfer function is expressed by the equation (6), which means “rigid body mode + vibration mode”.
【００３１】[0031]
【数６】 [Equation 6]
【００３２】そこで振動モードを積極的に取り入れるた
めに数６式右辺第２項からモデリングを行った。その手
順を以下に示す。Therefore, in order to positively incorporate the vibration mode, modeling was performed from the second term on the right side of the equation (6). The procedure is shown below.
【００３３】(1) 図２の曲線Ｌ1 で表される実測データ
より共振周波数を読取り、制御対象としての液圧スピー
カ本体６の振動モードを決定する。(1) The resonance frequency is read from the actual measurement data represented by the curve L 1 in FIG. 2 to determine the vibration mode of the hydraulic speaker body 6 to be controlled.
【００３４】(2) 全周波数域の平均的なゲインを合わせ
る。(2) Match the average gain in all frequency bands.
【００３５】(3) 振動モードに合わせ各モードの減衰係
数、ゲインを決定する。(3) The damping coefficient and gain of each mode are determined according to the vibration mode.
【００３６】(4) ダイナミクスを付加する。(4) Add dynamics.
【００３７】(5) 再度(3) を実行する。(5) Execute (3) again.
【００３８】(6) 無だ時間を付加する。(6) Add dead time.
【００３９】上記(1) 〜(6) に示した操作を行った結
果、数７式のモデルが得られる。その周波数特性を図２
の曲線Ｌ3 （破線）で表す。As a result of performing the operations shown in (1) to (6) above, the model of the equation (7) is obtained. Figure 2 shows the frequency characteristics.
Is represented by a curved line L 3 (broken line).
【００４０】[0040]
【数７】 [Equation 7]
【００４１】図２に示す曲線Ｌ3 からほぼ完全に周波数
特性を再現していることがわかる。このことを考慮する
と、この制御系の伝達特性は数７式で十分に表わすこと
ができる。It can be seen from the curve L 3 shown in FIG. 2 that the frequency characteristics are reproduced almost completely. Considering this, the transfer characteristic of this control system can be sufficiently expressed by the equation (7).
【００４２】ここで、Ｈ∞ 制御とは、注目する信号間
の閉ループの伝達関数をＶとし、その周波数重み関数を
ＷV としたとき、数８式の値が最小になるように制御対
象を制御するものである。Here, the H ∞ control is a control target such that the value of the equation (8) is minimized, where V is the transfer function of the closed loop between the signals of interest and W V is its frequency weighting function. To control.
【００４３】[0043]
【数８】｜ＷV ・Ｖ｜ 図１（ｂ）に示したフィードバック系に対して以下のよ
うな制御仕様を与える。[Equation 8] | W V · V | The following control specifications are given to the feedback system shown in FIG.
【００４４】（制御仕様１）感度を最小化する。(Control specification 1) The sensitivity is minimized.
【００４５】伝達関数Ｖを数９式とし、この数９式の周
波数重み関数ＷS との積の絶対値（数１０式）を最小に
することにより数９式を低周波域で低く抑えることにな
る。The transfer function V is set to the expression 9, and the absolute value of the product of the expression 9 and the frequency weighting function W S (expression 10) is minimized to keep the expression 9 low in the low frequency range. become.
【００４６】[0046]
【数９】Ｓ（ｓ）＝（１＋ＧＫ）-1 [Equation 9] S (s) = (1 + GK) −1
【００４７】[0047]
【数１０】｜ＷS ・（１＋ＧＫ）-1｜ （制御仕様２）ロバスト安定性（モデル化誤差があって
も頑健であること）を確保する。[Expression 10] | W S · (1 + GK) −1 | (Control specification 2) Ensure robust stability (be robust even if there is a modeling error).
【００４８】伝達関数Ｖを数１１式とし、この数１１式
の周波数重み関数ＷT との積の絶対値（数１２式）を最
小にすることによりその周波数特性をフラットにする。[0048] the number 11 expression transfer function V, the frequency characteristics by the absolute value of the product of the frequency weighting function W T of the equation (11) (number 12 type) to a minimum flat.
【００４９】[0049]
【数１１】Ｔ（ｓ）＝ＧＫ（１＋ＧＫ）-1 [Equation 11] T (s) = GK (1 + GK) −1
【００５０】[0050]
【数１２】｜ＷT ・ＧＫ（１＋ＧＫ）-1｜ ところで、制御仕様１、２を満たす補償制御器を求める
ことは、数３式を評価関数とするＨ∞ 制御理論の混合
感度問題に帰着することができる。すなわち、数３式を
最小にすることにより周波数整形を行うことになる。Equation 12] | W T · GK (1 + GK) -1 | Incidentally, to determine the compensation controller to satisfy the control specification 1 and 2, results in a mixed sensitivity problem of H ∞ control theory to evaluation function expression 3 can do. That is, frequency shaping is performed by minimizing the equation (3).
【００５１】この問題に対する一般化プラントＰは数１
３式で与えられる。The generalized plant P for this problem is given by
It is given by Equation 3.
【００５２】[0052]
【数１３】 [Equation 13]
【００５３】ここで問題となるのは、制御対象が原点に
零点をもつことである（周波数特性を表す関数が原点で
−∞に発散すること）。その場合にはＨ∞ 問題の可解
制御が満たされない。そこで本発明者らは次の２つの対
策を講じた。The problem here is that the controlled object has a zero point at the origin (the function representing the frequency characteristic diverges to −∞ at the origin). In that case, the solvable control of the H ∞ problem is not satisfied. Therefore, the present inventors have taken the following two measures.
【００５４】（対策１）重み関数の適切な選定によって
原点の零点を消去する。(Countermeasure 1) The zero point at the origin is erased by appropriately selecting the weighting function.
【００５５】（対策２）補償制御器９と液圧スピーカ本
体６とからなる開ループ（フィードバックがない場合）
の周波数特性が変わらない範囲で伝達関数Ｇ（ｓ）の零
点をシフトさせる。(Countermeasure 2) Open loop consisting of compensation controller 9 and hydraulic speaker body 6 (when there is no feedback)
The zero point of the transfer function G (s) is shifted within a range in which the frequency characteristic of does not change.
【００５６】モデルを改良したノミナルモデルとして
は、補償制御器９の次数低減を考慮して、まず数７式で
４次の振動モードを取り去って低次元化した数１４式の
モデルを用いる。またこのノミナルモデルは原点に零点
をもつことに注意してこの零点を少し右に移動した数１
５式のノミナルモデルも考える。As a nominal model improved from the model, in consideration of the reduction of the order of the compensation controller 9, first, the model of the equation (14) is used in which the fourth-order vibration mode is removed by the equation (7) to reduce the dimension. Also note that this nominal model has a zero at the origin.
We also consider 5 nominal models.
【００５７】[0057]
【数１４】 [Equation 14]
【００５８】[0058]
【数１５】 [Equation 15]
【００５９】ノミナルモデルに不確かさΔ（ｓ）が存在
するとき、重み関数ＷT が数１６式を満たすように選定
する。When the uncertainty Δ (s) exists in the nominal model, the weighting function W T is selected so as to satisfy the expression (16).
【００６０】[0060]
【数１６】 [Equation 16]
【００６１】数１７式及び数１８式で表される２つの重
み関数ＷT1（ｓ）、ＷT2（ｓ）を選定する。Two weighting functions W T1 (s) and W T2 (s) represented by the equations 17 and 18 are selected.
【００６２】[0062]
【数１７】 [Equation 17]
【００６３】[0063]
【数１８】 [Equation 18]
【００６４】重み関数Ｗｓとしては１０Ｈｚ〜２００Ｈ
ｚの周波数域で感度関数Ｓ（ｓ）を一様に低く抑えるも
のを選ぶ。対策２に対しては重み関数を数１９式とす
る。The weighting function Ws is 10 Hz to 200 H
The one that keeps the sensitivity function S (s) uniformly low in the frequency range of z is selected. For measure 2, the weighting function is Equation 19.
【００６５】[0065]
【数１９】 [Formula 19]
【００６６】対策１の場合については原点零点を重み関
数ＷT1によって打ち消してはいるが、それは一般化プラ
ントに対する可解性を満たすものであって、本質的に零
点を打ち消すことはできない。したがって数１９式のよ
うな重み関数では意味がない（なぜならばＳ（０）＝０
ｄＢ）。対策１に対しては、原点での感度関数Ｓに対す
る重みを低く抑えた数２０式を選ぶ。In the case of measure 1, the origin zero point is canceled by the weighting function W T1 , but it satisfies the solvability for the generalized plant, and the zero point cannot be canceled essentially. Therefore, there is no meaning in the weighting function such as Expression 19 (because S (0) = 0
dB). For measure 1, the formula 20 is selected, which keeps the weight on the sensitivity function S at the origin low.
【００６７】[0067]
【数２０】 [Equation 20]
【００６８】以上より数式の一般化プラントを求めＧｌ
ｏｖｅｒ ａｎｄ Ｄｏｙｌｅの方法で解いた結果以下
の関数（数式２１〜２６）で表される補償制御器が得ら
れた。From the above, the generalized plant of the mathematical expression is obtained and Gl
As a result of solving by the method of over and Doyle, the compensation controller represented by the following functions (Formulas 21 to 26) was obtained.
【００６９】（対策１）(Countermeasure 1)
【００７０】[0070]
【数２１】 [Equation 21]
【００７１】（但し数２１式中のＫn1（ｓ）は数２２式
を満たし、Ｋd1（ｓ）は数２３式を満たす。）(However, K n1 (s) in the equation 21 satisfies the equation 22 and K d1 (s) satisfies the equation 23)
【００７２】[0072]
【数２２】 [Equation 22]
【００７３】[0073]
【数２３】 [Equation 23]
【００７４】（対策２）(Countermeasure 2)
【００７５】[0075]
【数２４】 [Equation 24]
【００７６】（但し数２４式中のＫn2（ｓ）は数２５式
を満たし、Ｋd2（ｓ）は数２６式を満たす。）(However, K n2 (s) in the equation 24 satisfies the equation 25, and K d2 (s) satisfies the equation 26.)
【００７７】[0077]
【数２５】 [Equation 25]
【００７８】[0078]
【数２６】 [Equation 26]
【００７９】これら数２１、２４式がそれぞれ補償制御
器を表わす関数である。These equations 21 and 24 are functions representing the compensation controller.
【００８０】これら数２４〜２６式で表される関数を積
分器と増幅器とで構成すると図３のようになる。When the function expressed by the equations 24 to 26 is composed of an integrator and an amplifier, it becomes as shown in FIG.
【００８１】同図において、１０ａ〜１０ｈは積分器で
あり、１１ａ〜１１ｒはアンプである。数２５式中の各
係数は各アンプ１１ｈ〜１１ｓにそれぞれ対応してお
り、数２６式中の各係数は各アンプ１１ａ〜１１ｇにそ
れぞれ対応している。尚、補償制御器のアンプの数値が
多少異なっているのは微調整を行ったためである。In the figure, 10a to 10h are integrators, and 11a to 11r are amplifiers. Each coefficient in the equation (25) corresponds to each amplifier 11h to 11s, and each coefficient in the equation (26) corresponds to each amplifier 11a to 11g. The numerical value of the amplifier of the compensation controller is slightly different because of the fine adjustment.
【００８２】図４はこの補償制御器の周波数特性を示し
ており、横軸が周波数を示し、縦軸が利得を示してい
る。同図に示すように、図１に示した周波数特性曲線と
は逆方向の凹凸を有している。FIG. 4 shows the frequency characteristic of this compensation controller, in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain. As shown in the figure, there is unevenness in the opposite direction to the frequency characteristic curve shown in FIG.
【００８３】次に実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.
【００８４】Ｈ∞ 理論に基づいて設計された補償制御
器９が、振動板１，ピストンロッド２，液圧シリンダ３
およびサーボ弁５からなるスピーカ本体６から出力され
る音声に相当する振動板加速度信号と、補償制御器９に
入力される音声入力ｒとの偏差を検出し、この偏差と導
出した補償周波数特性に基いて制御入力信号ｙを作って
サーボ弁５を駆動するので、あらかじめ分かってる液圧
スピーカ本体６の周波数特性とは逆の周波数特性を有す
る補償制御器９で矯正された後で液圧スピーカ本体６に
入力されて周波数特性がフラットに整形される。整形さ
れた周波数特性に基づいて振動板１から発生する音声出
力に相当する振動板加速度は、加速度検出器８で検出さ
れて補償制御器９に入力され、その偏差に基づいて液圧
スピーカ本体６と、補償制御器９とで形成される閉ルー
プの周波数特性がフラットになるように伝達関数が制御
される。The compensating controller 9 designed on the basis of the H ∞ theory includes a diaphragm 1, a piston rod 2, a hydraulic cylinder 3
Also, a deviation between the diaphragm acceleration signal corresponding to the sound output from the speaker body 6 including the servo valve 5 and the sound input r input to the compensation controller 9 is detected, and the deviation and the derived compensation frequency characteristic are obtained. Since the servo valve 5 is driven based on the control input signal y based on this, the hydraulic speaker main body is corrected by the compensation controller 9 having a frequency characteristic opposite to the frequency characteristic of the hydraulic pressure speaker main body 6 which is known in advance. The frequency characteristic is shaped into a flat shape. The diaphragm acceleration corresponding to the sound output generated from the diaphragm 1 based on the shaped frequency characteristic is detected by the acceleration detector 8 and input to the compensation controller 9, and based on the deviation thereof, the hydraulic speaker main body 6 And the transfer function is controlled so that the frequency characteristic of the closed loop formed by the compensation controller 9 becomes flat.
【００８５】図５は補償制御器と液圧スピーカとからな
る閉ループの周波数特性を示しており、横軸が周波数を
示し、縦軸が利得を示している。FIG. 5 shows a frequency characteristic of a closed loop composed of a compensation controller and a hydraulic speaker, in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain.
【００８６】同図に示すように液圧スピーカ本体６と補
償制御器９とで形成される閉ループの周波数特性が１０
Ｈｚから３００Ｈｚ程度までフラットになっているのが
わかる（従来の液圧スピーカ本体の周波数特性は１０か
ら１００Ｈｚ程度であった）。また、振動板１には位置
フィードバックがかかっているので、振動板１の位置が
一方に偏るのが防止される。As shown in the figure, the frequency characteristic of the closed loop formed by the hydraulic speaker body 6 and the compensation controller 9 is 10
It can be seen that the frequency is flat from Hz to about 300 Hz (the frequency characteristic of the conventional hydraulic speaker main body was about 10 to 100 Hz). Further, since position feedback is applied to the diaphragm 1, the position of the diaphragm 1 is prevented from being biased to one side.
【００８７】以上において本実施例によれば、補償制御
器が、予め判った音声入力信号に対し振動板で生じる固
有の周波数特性を加速度検出器により実測した後、目的
とする周波数域での出力周波数特性をフラットにするた
めにＨ∞ 理論に基づいて、固有の周波数特性を補償す
るための補償制御器を導出し、導出した補償制御器が実
際に入力される音声入力信号と加速度信号に基いて制御
入力信号を作ってサーボ弁を駆動するので、極低周波か
ら数百Ｈｚまでの周波数の音を出せる液圧駆動型スピー
カを実現することができる。また、本実施例に用いた補
償制御器は、積分器とアンプと（ハードウェア）で構成
したがこれに限定されるものではなく、ソフトウェアで
構成してもよい。As described above, according to the present embodiment, the compensation controller actually measures the frequency characteristic peculiar to the voice input signal generated by the diaphragm by the acceleration detector, and then outputs the output in the target frequency range. Based on the H ∞ theory to flatten the frequency characteristic, a compensation controller for compensating the inherent frequency characteristic is derived, and the derived compensation controller is based on the voice input signal and the acceleration signal actually input. Since the control input signal is generated to drive the servo valve, it is possible to realize a hydraulically driven speaker capable of producing a sound with a frequency from an extremely low frequency to several hundred Hz. Further, the compensation controller used in this embodiment is composed of an integrator, an amplifier and (hardware), but the invention is not limited to this and may be composed of software.
【００８８】尚、本実施例では、補償制御器に感度最小
化とロバスト安定とを同時に施したが、これに限定され
るものではなく、感度最小化、あるいはロバスト安定の
いずれか一方を施してもよい。In this embodiment, the compensation controller is subjected to sensitivity minimization and robust stabilization at the same time. However, the invention is not limited to this, and either sensitivity minimization or robust stabilization is performed. Good.
【００８９】[0089]
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
【００９０】補償制御器が、予め判った音声入力信号に
対し振動板で生じる固有の周波数特性を加速度検出器に
より実測した後、Ｈ∞ 理論に基づいて、固有の周波数
特性を補償するための補償制御器を導出し、導出した補
償制御器が実際に入力される音声入力信号と加速度信号
に基いて制御入力信号を作ってサーボ弁を駆動するよう
にしたので、極低周波から数百Ｈｚまでの周波数の音を
出せる液圧駆動型スピーカを実現することができる。The compensation controller measures the inherent frequency characteristic generated in the diaphragm with respect to a predetermined audio input signal by the acceleration detector, and then compensates for compensating the inherent frequency characteristic based on the H ∞ theory. Since the controller was derived and the derived compensation controller generated the control input signal based on the voice input signal and the acceleration signal actually input to drive the servo valve, from the extremely low frequency to several hundred Hz It is possible to realize a hydraulically driven speaker capable of producing sound of the frequency.
【図１】（ａ）は本発明の液圧駆動型スピーカの一実施
例の概念図であり、（ｂ）は（ａ）に示した液圧駆動型
スピーカのブロック図を表している。FIG. 1A is a conceptual diagram of an embodiment of a hydraulic drive speaker of the present invention, and FIG. 1B is a block diagram of the hydraulic drive speaker shown in FIG.
【図２】液圧スピーカ本体の周波数特性を表す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing frequency characteristics of a hydraulic speaker body.
【図３】図１（ｂ）に示した補償制御器の一例としての
ブロック図である。FIG. 3 is a block diagram as an example of a compensation controller shown in FIG.
【図４】図２に示した補償制御器の周波数特性を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing frequency characteristics of the compensation controller shown in FIG.
【図５】補償制御器と液圧スピーカとからなる閉ループ
の周波数特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a frequency characteristic of a closed loop including a compensation controller and a hydraulic speaker.
１ 振動板 ２ ピストンロッド ３ 液圧シリンダ ４ ピストンヘッド ５ サーボ弁 ６ 液圧スピーカ本体 ７ 変位検出器 ８ 加速度検出器 ９ 補償制御器 1 Vibration Plate 2 Piston Rod 3 Hydraulic Cylinder 4 Piston Head 5 Servo Valve 6 Hydraulic Speaker Main Body 7 Displacement Detector 8 Acceleration Detector 9 Compensation Controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 光昭 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 鹿野 典子 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuaki Hayashi 3-15-15 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Toji Technical Center (72) Noriko Kano 3-chome, Toyosu, Koto-ku, Tokyo No. 1-15 Ishikawajima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Toji Technical Center
Claims (4)
ストンロッドと、該ピストンロッドを挿通させてこれを
往復自在に支承している液圧シリンダと、前記ピストン
ロッド外周面に一体的に形成されてシリンダ内を前後２
室に分割するピストンヘッドと、制御入力信号に応じて
各シリンダ室への供給液量を制御すると共にピストンロ
ッドを介して振動板を振動させるサーボ弁と、前記振動
板の変位を検出すると共に前記振動板がホームポジショ
ンを維持するように位置フィードバックをかけるための
変位検出器と、制御対象の出力信号である振動板の加速
度を検出する加速度検出器と、音声入力信号が入力さ
れ、その音声入力信号に基づいて前記サーボ弁に制御入
力信号を出力する補償制御器とを備え、補償制御器が、
予め判った音声入力信号に対しサーボ弁，液圧シリン
ダ，ピストンロッドを介して駆動される振動板で生じる
固有の周波数特性を加速度検出器により実測した後、目
的とする周波数域での出力周波数特性をフラットにする
ためにＨ∞ 理論に基づいて、固有の周波数特性を補償
するための補償制御を行なうよう構成し、その補償制御
器で実際に入力される音声入力信号と加速度信号に基い
て制御入力信号を作り、サーボ弁を駆動するようにした
ことを特徴とする液圧駆動型スピーカ。1. A vibrating plate, a piston rod attached to the vibrating plate, a hydraulic cylinder for supporting the reciprocating piston rod through the piston rod, and integrally with the outer peripheral surface of the piston rod. Formed in the cylinder back and forth 2
A piston head that divides into chambers, a servo valve that controls the amount of liquid supplied to each cylinder chamber according to a control input signal, and that vibrates the diaphragm via a piston rod, and detects the displacement of the diaphragm and Displacement detector for applying position feedback so that the diaphragm maintains its home position, acceleration detector for detecting the acceleration of the diaphragm that is the output signal of the controlled object, and voice input signal is input A compensation controller that outputs a control input signal to the servo valve based on a signal, the compensation controller comprising:
Output frequency characteristics in the target frequency range after actually measuring the frequency characteristics specific to the vibration input driven by the servo valve, hydraulic cylinder, and piston rod in response to the known voice input signal with an acceleration detector. In order to make the signal flat, the compensation control for compensating the inherent frequency characteristic is performed based on the H ∞ theory, and the control is performed based on the voice input signal and the acceleration signal actually input by the compensation controller. A hydraulic drive type speaker characterized in that an input signal is generated and a servo valve is driven.
度関数Ｖ（ｓ）の周波数特性をフラットにするために、
数１式 【数１】｜ＷS ・Ｖ（ｓ）｜ （但し、相補感度関数Ｖ（ｓ）は（１＋ＧＫ）-1、Ｇは
前記入力信号に対し振動板での固有周波数特性を実測し
た後、モデリングを行って得られた制御対象の伝達関
数、ＫはＧからＨ∞ 理論に基づいて導出された有理関
数、ＷS は感度関数Ｖの重み関数）、 を最小にする補償周波数特性を有する請求項１記載の液
圧駆動型スピーカ。2. The compensation controller, in order to flatten the frequency characteristic of the complementary sensitivity function V (s) in the low frequency region,
Formula 1 [Formula 1] | W S · V (s) | (where complementary sensitivity function V (s) is (1 + GK) −1 , and G is the natural frequency characteristic of the diaphragm with respect to the input signal. Then, the transfer function of the controlled object obtained by modeling, K is a rational function derived from G based on the H ∞ theory, W S is a weighting function of the sensitivity function V), and a compensation frequency characteristic that minimizes The liquid pressure driven speaker according to claim 1.
度関数Ｖ（ｓ）の周波数特性をフラットにするために数
２式 【数２】｜ＷT ・Ｖ（ｓ）｜ （但し、相補感度関数Ｖ（ｓ）は（１＋ＧＫ）-1ＧＫ、
Ｇは前記ピストンロッド、前記液圧シリンダ、前記ピス
トンヘッド及び前記サーボ弁からなる液圧スピーカ本体
の周波数特性を実測した後モデリングを行って得られた
前記液圧スピーカ本体の伝達関数、ＫはＧからＨ∞ 理
論に基づいて導出された有理関数、ＷT は相補感度関数
Ｖの重み関数）、 を最小にする補償周波数特性を有する請求項１記載の液
圧駆動型スピーカ。3. The compensation controller uses equation (2) | W T · V (s) | (however, in order to flatten the frequency characteristic of the complementary sensitivity function V (s) in the low frequency region. , The complementary sensitivity function V (s) is (1 + GK) −1 GK,
G is a transfer function of the hydraulic speaker main body obtained by modeling after actually measuring frequency characteristics of the hydraulic speaker main body including the piston rod, the hydraulic cylinder, the piston head and the servo valve, and K is G The hydraulic drive speaker according to claim 1, which has a compensation frequency characteristic that minimizes a rational function derived from H ∞ theory, W T is a weighting function of the complementary sensitivity function V).
度関数Ｔの周波数特性をフラットにするために数３式 【数３】 （但し、相補感度関数Ｔと感度関数Ｓは数４式 【数４】 Ｇは前記ピストンロッド、前記液圧シリンダ、前記ピス
トンヘッド及び前記サーボ弁からなる液圧スピーカ本体
の周波数特性を実測した後モデリングを行って得られた
前記液圧スピーカ本体の伝達関数、ＫはＧからＨ∞ 理
論に基づいて導出された有理関数、ＷS およびＷT はそ
れぞれ感度関数Ｓ、相補感度関数Ｔの重み関数）、 を最小にする補償周波数特性を有する請求項１記載の液
圧駆動型スピーカ。4. The compensation controller formula (3) is used to flatten the frequency characteristic of the complementary sensitivity function T in the low frequency range. (However, the complementary sensitivity function T and the sensitivity function S are expressed by Equation 4 below. G is a transfer function of the hydraulic speaker main body obtained by modeling after actually measuring frequency characteristics of the hydraulic speaker main body including the piston rod, the hydraulic cylinder, the piston head and the servo valve, and K is G 2. The hydraulic drive according to claim 1, having a compensation frequency characteristic that minimizes a rational function derived from H ∞ theory, W S and W T are a sensitivity function S and a complementary sensitivity function T, respectively. Type speaker.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30774293A JP3330213B2 (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Hydraulic drive type speaker |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30774293A JP3330213B2 (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Hydraulic drive type speaker |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162995A true JPH07162995A (en) | 1995-06-23 |
| JP3330213B2 JP3330213B2 (en) | 2002-09-30 |
Family
ID=17972723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30774293A Expired - Fee Related JP3330213B2 (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Hydraulic drive type speaker |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3330213B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005025316A (en) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Yaskawa Electric Corp | Method for controlling positioning device |
| JP2009147871A (en) * | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Ihi Corp | Sound pressure stabilizing method and device for underwater sound source |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP30774293A patent/JP3330213B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005025316A (en) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Yaskawa Electric Corp | Method for controlling positioning device |
| JP2009147871A (en) * | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Ihi Corp | Sound pressure stabilizing method and device for underwater sound source |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3330213B2 (en) | 2002-09-30 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |