JP2000099038A

JP2000099038A - フィードバック型能動騒音制御装置

Info

Publication number: JP2000099038A
Application number: JP10264712A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Fujii; 健作藤井; Toshiro Oga; 寿郎大賀
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】抑制したい騒音の擬似騒音を送出してスピーカ
を経て、その擬似騒音を合成する騒音制御フィルタの入
力側に接続された騒音検出用マイクロホンに至る帰還路
の特性を模擬する帰還制御フィルタを有するフィードバ
ック型の能動騒音制御装置に関し、騒音制御フィルタ係
数の更新回路を実現する。【解決手段】課題の逆フィルタ構成回路260と、該騒音
制御フィルタか又はフィルタ121の出力とフィルタ122に
接続した適応フィルタ123の出力との差が最小となるよ
うにその係数を更新するシステム同定回路120とを設
け、さらに、該システム同定回路120を、該連立方程式
から得られる制御対象騒音の生成過程を表現する伝達関
数と先に該システム同定回路120で同定した該帰還路の
伝達関数との比を構成する分子を該第１のフィルタ121
に、分母を該第２のフィルタ122に構成して該適応フィ
ルタ123の係数として繰り返し算定する。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】

【０００１】本発明は、小さく抑えたい制御の対象とな
る騒音とは同振幅・逆位相の関係になるように合成した
擬似騒音をスピーカから送出し、音響的に重ね合わせる
ことによって該制御対象騒音を相殺する能動騒音制御装
置、特にフィードバック型構造の能動騒音制御装置の改
良に関するものである。

【０００２】図９は、そのフィードバック型能動騒音制
御装置の一般的な構成例を示している。この能動騒音制
御装置は制御の対象となる騒音w_j[j: sample time inde
x]にスピーカ２０２から送出された合成騒音g_jをマイク
ロホン２０１の位置で音響的に重ね合わせることによっ
て消音する。その消音の状況はマイクロホン２０１の出
力

【数１】によって監視され、この出力e_jが最小となるように係数
更新回路２３０は騒音制御フィルタ２２０の係数を更新
する。

【０００３】ここで、誤差経路フィルタ２３１は、騒音
制御フィルタ２２０の出力端から乗算器２２１、スピー
カ２０２及びマイクロホン２０１を経由して係数更新回
路２３０に至る誤差経路の特性を模擬するフィルタであ
り、騒音制御フィルタ２２０の係数更新に必要とされ
る。

【０００４】また、スピーカ２０２からマイクロホン２
０１に至る帰還路と騒音制御フィルタ２２０とで構成す
る一巡閉路の利得が“１”を越えるときにハウリングが
発生してしまうので、これを防止するため帰還制御フィ
ルタ２１０と加算器（減算器）２１１が設けられてい
る。

【０００５】上記の式（１）から明らかなように、g_j≒
−w_jとなるときに該騒音w_jは相殺され、マイクロホン２
０１の付近で騒音は小さくなる。

【０００６】このフィードバック型の能動騒音制御にお
ける問題点は、その合成騒音g_jが制御対称騒音w_jを元に
して生成されることから派生する。すなわち、制御対称
騒音w_jをマイクロホン２０１で受けて騒音制御フィルタ
２２０で合成し、乗算数器２２１で反転した後、合成騒
音g_jとしてマイクロホン２０１に送るまでに遅延は避け
られない。従って、このフィードバック型の能動騒音制
御装置で制御できる騒音は時間遅延に無関係な周期性の
騒音に限られる。

【０００７】この能動騒音制御装置の設計に際して最も
留意すべき点は、この装置の導入によって騒音が増加す
るような逆効果な事態を防ぐように装置を安定して動作
させる必要があるということである。

【０００８】

【従来の技術】上記のフィードバック型能動騒音制御装
置においては、騒音制御フィルタ２２０の係数を更新す
る係数更新回路２３０に適用される最も代表的な適応ア
ルゴリズムとして、通常のLMS(Least Mean Square) 法
にスピーカ２０２を経てマイクロホン２０１の出力に至
る経路の特性を模擬する誤差経路フィルタ２３１を前置
する変形を加えたFiltered-x LMS法がある。

【０００９】すなわち、図９に示すスピーカ２０２から
出力されてマイクロホン２０１に達する合成騒音g_jが帰
還制御フィルタ２１０の出力によって完全に相殺されて
いるとすると、騒音制御フィルタ２２０の入力x_jは騒音
w_jそのものとなる。従って、この入力x_jは騒音制御フィ
ルタ２２０の係数を更新する適応アルゴリズムにとって
参照信号として取り扱える。

【００１０】また、マイクロホン２０１の出力e_jは、ス
ピーカ２０２からマイクロホン２０１に至る帰還路を経
て希望の応答w_jに加えられる適応フィルタの出力g_jと希
望の応答w_jとの差と見做せる。この二つの信号を用いる
ならば、このフィードバック型の構成はフィードフォワ
ード型の能動騒音制御装置（例えば本出願人による特願
平１０−２０５５０２号）と全く同様に扱えることにな
る。

【００１１】すなわち、この場合の騒音制御フィルタ２
２０の係数A_jは、次式によって更新される。

【００１２】

【数２】ここで、

【数３】は騒音制御フィルタ２２０の入力x_jに誤差経路フィルタ
２３１を適用して得られる信号y_jをＩ個集めてY_j(i)＝y
_j-i+1と置いた信号列である。

【００１３】また、Ｉはタップ数、μはステップゲイン
と呼ばれる定数、

【数４】は時刻ｊで設定した騒音制御フィルタ２２０の係数であ
る。

【００１４】このFiltered-x LMS法によって騒音制御フ
ィルタ２２０の係数を安定して更新するためには、スピ
ーカ２０２を経てマイクロホン２０１の出力に至る帰還
路のインパルス応答を予め算定し、その結果を帰還制御
フィルタ２１０と誤差経路フィルタ２３１の係数として
設定しておく必要がある。

【００１５】その算定は通常、能動騒音制御を開始する
前に白色雑音発生回路２４０を用いて図１０に示すよう
な回路を構成して行われる。この回路構成で減算器２１
１の出力ｘ_jが最小となったときに帰還制御フィルタ２
１０は該帰還路を模擬できたことになる。あとは、その
時の係数更新回路２３０の係数を誤差経路フィルタ２３
１に複写すればFiltered-x LMS法による騒音制御フィル
タ２２０の係数が更新が可能となる。

【００１６】この係数更新法を適用したフィードバック
型の能動騒音制御装置は多く用いられており、例えば、
下記の文献（１）に示されている。（１）尾本他、「移動騒音源に対する適応アルゴリズム
の振る舞い−Feedbackシステムの場合−」平成９年度日
本音響学会秋季研究発表会講演論文集I _,1-4-14_, pp_.501
-502

【００１７】さて、このフィードバック型の能動騒音制
御装置の信号の流れは図１１のブロック図で等価的に表
される。但し、 W(z)：騒音w_jのz変換、 X(z)：減算器２１１の出力x_jのz変換、 E(z)：マイクロホン２０１の出力e_jのz変換、 A(z)：騒音制御フィルタ２２０の伝達関数 B(z)：スピーカ２０２を経てマイクロホン２０１の出力
に至る帰還路の伝達関数 D(z)：帰還路の伝達関数B(z)と帰還制御フィルタ２１０
の伝達関数との差

【００１８】この図１１において騒音制御フィルタ２２
０の係数はマイクロホン（減算器）２０１の出力E(z)が
最小となるように更新される。この図１１からフィード
バック型能動騒音制御は騒音制御フィルタ２２０を適応
フィルタとする騒音w_jに対する線形予測分析装置と見做
せると分かる。ここに着目して提案された方法として適
応予測型能動騒音制御があり、これは下記の文献（２）
に示されている。

【００１９】（２）浜田他、「適応予測によるアクティ
ブノイズコントロール−適応フィルタによる実現−」平
成４年度日本音響学会秋季研究発表会講演論文集I _,2-4
-11_,pp _.531-532 その構造は、図１２に示すように適応予測フィルタ２２
１を用いて騒音制御フィルタ２２０のフィルタ係数を制
御するものである。更に、この適応予測型の能動騒音制
御の線形予測分析部分をブロック図で表すと、図１３に
示すようになる。ここで、a(z)は適応予測フィルタ２２
１の伝達関数である。

【００２０】この従来構成例（２）が有効に動作するた
めには、先に説明した従来構成例（１）と同様、該帰還
路は帰還制御フィルタ２１０によって高い精度で模擬さ
れ、D(z)≒0 なる近似が成り立つことが前提となる。

【００２１】すなわち、このときにおいて

【数５】が成り立つときは、減算器２１１の出力X(z)は騒音W(z)
そのものとなる。

【００２２】更に、その近似はでもあるので、この二つの近似、D(z)=0とを図１１の回路構成に適用して騒音制御フィルタ２２０
の伝達関数A(z)と帰還路の伝達関数B(z)の接続順序を入
れ換えれば、図１３と図１１の各構成例は同じ構造をも
つ騒音W(z)に対する線形予測分析回路となると分かる。

【００２３】すなわち、図１３の回路構成による線形予
測分析の結果として減算器２２２の出力が最小になった
ときに、その適応予測フィルタ２２１の係数はマイクロ
ホン２０１の出力E(z)を最小にする騒音制御フィルタ２
２０の係数を与える。従って、この適応予測フィルタ２
２１の係数を騒音制御フィルタ２２０の係数として複写
するときに騒音w_jは小さく抑えられる。

【００２４】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、問題は、
この図９と図１２に示したフィードバック型能動騒音制
御装置の制御原理が共にを前提としていることである。

【００２５】一般に、該帰還路のインパルス応答の推定
に誤差は避けられず、その応答が更に時間と共に変化す
ることは十分に想定される。もっとも、合成騒音に白色
雑音を重畳し、それを参照信号とすることによって帰還
制御フィルタ２１０の係数を常時更新し、を維持する対策も執り得る。しかし、その白色雑音の送
出は能動騒音制御装置を新たな騒音源とすることに等し
い。

【００２６】図９の能動騒音制御装置では、もう一つの
欠点として「Filtered-x LMS法に代表されるFiltered-x
型の係数更新アルゴリズムは原理的に不安定なこと」が
挙げられる。このFiltered-x LMS法の安定条件について
は、（３）矢吹他、「Ｃフィルタにモデル化誤差が存在
する場合のFiltered-x LMS法における安定条件」電子情
報通信学会論文誌(A)_,vol_.J80-A_,no_.11_,pp_.1868-1876
(1997-11)でも検討されている。

【００２７】しかしながら、結果として「できるだけ小
さなステップゲインを与える」こと以外の対策は示され
ていない。しかも、その解析によればステップゲインを
小さくしても安定性は完全には保証されない。従って本
発明の課題は、抑制したい制御対象騒音とは同振幅・逆
位相となる擬似騒音を送出するスピーカを経て、その擬
似騒音を合成する騒音制御フィルタの入力側に接続され
た騒音検出用マイクロホンに至る帰還路の特性を模擬す
る帰還制御フィルタを有するフィードバック型の能動騒
音制御装置において、これらの欠点を根本的に解決し本
質的に安定した騒音制御フィルタ係数の更新回路を実現
することに在る。

【課題を解決するための手段】図１は本発明に係るフィ
ードバック型能動騒音制御装置の構成を原理的に示した
ものである。逆フィルタ構成回路２６０は、騒音制御フ
ィルタ２２０から帰還路と帰還制御フィルタ２１０の両
路を経て再び騒音制御フィルタ２２０に戻る一巡閉路と
は逆の伝達関数であって制御対象騒音の生成過程を表現
する伝達関数を含む特性をもつフィルタを構成する回路
である。

【００２８】システム同定回路１２０は、該帰還制御フ
ィルタ２１０か該騒音制御フィルタ２２０のどちらかに
異なる二組の一定係数を与え、その二組の一定係数に対
して該逆フィルタ構成回路２６０内に構成された逆フィ
ルタの二つの伝達関数に基づいて立てられる連立方程式
から該制御対象騒音の生成過程を表現する伝達関数の分
を消去して得られる解の分子を構成する第１のフィルタ
１２１の出力と該解の分母を構成する第２のフィルタ１
２２に縦続接続した適応フィルタ１２３の出力との差が
最小となるように該適応フィルタ１２３の係数を更新し
て該帰還路の伝達関数を同定する回路である。

【００２９】また、このシステム同定回路１２０は、制
御対象騒音を消音する騒音制御フィルタ２２０の係数の
算定にも繰り返し用いられ、該連立方程式から得られる
制御対象騒音の生成過程を与える伝達関数と該帰還路の
伝達関数との比の分子を第１のフィルタ１２１に構成
し、その分母を第２のフィルタ１２２として構成し、減
算器１２４の出力を最小にする適応フィルタ１２３の係
数として該制御対象騒音を最適に消音する騒音制御フィ
ルタ２２０の係数を算定している。

【００３０】以下に図１に示したフィードバック型能動
騒音制御装置の動作原理を説明する。このフィードバッ
ク型の能動騒音制御装置で消音できるのは騒音w_jの相関
成分に限られる。その騒音w_jの相関成分の生成過程は全
極モデルとして表現することができ、白色ガウス雑音を
入力として騒音W(z)は次式のように表すことができる。

【数６】

【００３１】この騒音w_jの相関成分に対して合成騒音g_j
が良好に相殺し、マイクロホン２０１の出力e_jを白色化
したときには、図１１のマイクロホン出力E(z)は次式、

【数７】において“１”となる。

【００３２】ここで、E(z)=1を適用して式（７）を整理
すると次式が得られる。

【数８】この式（８）を騒音制御フィルタ２２０の伝達関数A(z)
について整理すると次式、

【数９】が得られ、この伝達関数A(z)を構成する係数を騒音制御
フィルタ２２０に与えるときに騒音が最も小さくなるこ
とが分かる。

【００３３】ここで、

【数１０】である。すなわち、その伝達関数A(z)を得るためには伝
達関数B(z)とP(z)を求めればよい。

【００３４】このフィードバック型の能動騒音制御装置
で観測可能な信号はマイクロホン２０１の出力e_jと減算
器２１１の出力x_jだけである。その減算器２１１の出力
x_jは図１１の構成によれば、騒音制御フィルタ２２０に
伝達関数をとする係数を設定したときに上記の式（６）を代入する
ことにより、

【数１１】として得られる。

【００３５】本発明では、この出力X(z)に対して逆フィ
ルタ構成回路２６０を用いて逆フィルタX^-1(z) を求め
る。例えば、この出力X(z)に図２に示す逆フィルタ構成
回路２６０を適用したときには、減算器２６２の出力が
最小となった時点で非巡回型フィルタ２６１には伝達関
数が

【数１２】となる係数が設定される。

【００３６】この伝達関数S(z)には式（９）を構成する
未知数P(z)とD(z)（すなわちB(z)）が含まれている。そ
の二つの未知数P(z)とD(z)を算定するためには、式（１
２）として得られる方程式だけでは足りず、方程式はも
う一つ要る。

【００３７】その二つの方程式を得る方法として、本発
明者らは既に騒音制御フィルタ２２０あるいは帰還制御
フィルタ２１０には任意の一定係数が設定可能なことを
利用する手法を上記の特願平１０−２０５５０２号で提
案している。

【００３８】すなわち、その騒音制御フィルタ２２０あ
るいは帰還制御フィルタ２１０に対して独立した二組の
一定係数を与えるとき、その二組の係数に対して逆フィ
ルタ構成回路２６０は二つの伝達関数S₁(z)とS₂(z)を与
える。これを利用すれば以下に示す如く二つの方程式
（連立方程式）が得られる。

【００３９】（１）騒音制御フィルタ２２０に二組の係
数を与える場合ここで、騒音低減量をわずかに低下させることが容認で
きるとする。すなわち、騒音制御フィルタ２２０の係数
A(z)に騒音低減量が大きく低下しない程度に変更を加
え、二つの異なる伝達関数A₁(z)とA₂(z)を構成する係数
を二組与えると、その二組の係数に対して逆フィルタ構
成回路２６０は伝達関数が

【数１３】

【数１４】となる非巡回型フィルタ２６１を構成する。

【００４０】そこで、この両式に対して

【数１５】

【数１６】と変形して一方の未知数P(z)を消去すると、二つの未知
数のうちの一つ

【数１７】が得られる。なお、伝達関数S₁(z)とS₂(z)は、図２の非
巡回型フィルタ２６１を用いてそれぞれ伝達関数A₁(z)
とA₂(z)を決めれば求められる。

【００４１】従って、この式（１７）の右辺は全て既知
の伝達関数からなっており、この帰還制御フィルタ２１
０の伝達関数と帰還路の伝達関数B(z)との差D(z)が算定可能であるこ
とが分かる。

【００４２】そして、図１に示したように、第１のフィ
ルタ１２１で式（１７）の分子を求め、第２のフィルタ
１２２で式（１７）の分母を求め、減算器１２４からの
両者の差がなくなるように適応フィルタ１２３の係数を
更新すれば伝達関数D(z)が求められることになる。

【００４３】同様に、式（１３）と式（１４）から残る
未知数のP(z)についても解くことができる。すなわち、
未知の伝達関数D(z)について

【数１８】

【数１９】と整理した後に両者を等しいと置いて

【数２０】が得られる。

【００４４】すなわち、求める制御対象騒音x_jを最適に
消音する騒音制御フィルタ２２０の伝達関数A(z)は、式
（９）に式（１０）を代入して整理した次式

【数２１】に上記式（１７）と式（２０）を計算して得られるD(z)
とP(z)、そして、帰還制御フィルタ２１０の現在の伝達
関数を代入することによって得られる。

【００４５】しかしながら、この時点で現在の伝達関数
よりも精度が向上した帰還路（スピーカ２０２→マイク
ロホン２０１）の伝達関数が式（１７）から

【数２２】として得られている。

【００４６】それならば、このを帰還路の新しい伝達関数とする修正を加える操作を行
う方が自然である。

【００４７】そこで、帰還路の伝達関数を式（２２）のに変更する。この時、新しい帰還路の伝達関数に対して制御対象騒音x_jを最適に消音する騒音制御フィ
ルタ２２０の伝達関数A(z)は、D(z)=0と近似されるの
で、式（２１），（２２）により、

【数２３】から計算できることになる。

【００４８】そして、式（２３）における分子P(z)を図
１の第１のフィルタ１２１で求め、分母を第２のフィルタ１２２で求めることにより、減算器１
２４の出力が“０”になるように適用フィルタ１２３の
係数a(z)を更新し、以て伝達関数A(z)を求めることがで
きる。

【００４９】（２）帰還制御フィルタ２１０に二組の係
数を与える場合騒音制御フィルタ２２０の場合と同様に、帰還制御フィ
ルタ２１０の係数も帰還量の増大を一時的に容認すれば
任意に設定可能である。すなわち、騒音制御フィルタ２
２０に伝達関数がとなる係数を与え、また、帰還制御フィルタ２１０に対
してハウリングが起こらない程度に係数に変更を加えて
差分D(z)が

【数２４】

【数２５】となるように係数を設定する。

【００５０】これにより、逆フィルタ構成回路２６０は
伝達関数が

【数２６】

【数２７】となる非巡回型フィルタ(261) を構成する。ここから、
未知数P(z)を消去するために両式を

【数２８】

【数２９】と整理し、両者を等しいと置いて、もう一つの未知数B
(z)について整理すると

【数３０】が得られる。

【００５１】この式（３０）に関しても、上記（１）に
おいて式（１７）に関して図１の原理構成を適用した場
合と同様に、分子に第１のフィルタ１２１を適用し、分
母に第２のフィルタ１２２を適用すればよい。

【００５２】更に、もう一つの未知数P(z)を得るため
に、式（２６）と式（２７）を

【数３１】

【数３２】と整理して、両者を等しいと置くことによって

【数３３】が得られる。

【００５３】ここで、帰還制御フィルタ２１０の係数を
式（３０）を用いて更新しないで、その伝達関数を、例
えばに維持するときは式（９）に式（２４）を適用して整理
した次式

【数３４】に式（３０）と式（３３）を使って求めたB(z)とP(z)を
代入して計算すれば、制御対象騒音x_jを消音する騒音制
御フィルタ２２０の係数が得られる。あるいは、帰還制
御フィルタ２１０の伝達関数をに維持する場合は、次式

【数３５】を用いて制御対象騒音x_jを消音する騒音制御フィルタ２
２０の係数は計算される。

【００５４】また、式（３０）を使って帰還制御フィル
タ２１０の係数を更新するときには、上記（１）の場合
と同様にD(z)=0と近似されるので、その式（３０）から
計算した帰還制御フィルタ２１０の新しい伝達関数を用いて

【数３６】と計算できる。

【００５５】この場合も、上記（１）と同様に式（３
６）の分子を第１のフィルタ１２１に適用し、分母を第
２のフィルタ１２２に適用することで騒音制御フィルタ
の係数を求めることができる。

【００５６】なお、上記のシステム同定回路１２０は以
下のような変形が可能である。・該連立方程式を、該逆フィルタ構成回路が与える伝達
関数から定数１を除いた分の伝達関数を用いて構成する
こと。・設定する該騒音制御フィルタあるいは該帰還制御フィ
ルタの二組の係数を装置起動時には異なるタップに定数
設定して該連立方程式を構成すること。

【００５７】・設定する該騒音制御フィルタあるいは該
帰還制御フィルタの二組の係数を、時間を置いて設定さ
れた該騒音制御フィルタあるいは該帰還制御フィルタの
二組の係数とすること。・設定する該騒音制御フィルタあるいは該帰還制御フィ
ルタの二組の係数を装置起動時には前回の起動時に得て
記憶させた係数とすること。

【００５８】・該帰還制御フィルタに二組の係数を与え
て行う係数更新に際して新旧二つの帰還制御フィルタの
係数の差が一定値以下となったときには該帰還制御フィ
ルタの係数を更新しないようにすること。・設定する該騒音制御フィルタあるいは該帰還制御フィ
ルタの二組の係数と該逆フィルタの伝達関数に対して、
該帰還制御フィルタの係数の次回の更新には今回の更新
に使用した係数と対応する伝達関数を流用すること。

【００５９】

【発明の実施の形態】以上のように原理的に説明した本
発明に係るフィードバック型能動騒音制御装置の実施例
について以下に説明する。

【００６０】まず、上記の伝達関数は実際にはフィルタの係数として求められなければなら
ない。ここでは、全てのフィルタの構造を非巡回型とし
て騒音制御フィルタ２２０の係数を算定する具体例を説
明する。なお、ここでは、非巡回型フィルタの係数はイ
ンパルス応答に一致し、伝達関数の積は時間領域で畳み
込みに対応することが利用される。

【００６１】（１）騒音制御フィルタに二組の係数を与
える場合の実施例まず、式（１７）の右辺の分母を払って

【数３７】と表す。ここで、伝達関数が既知のA₁(z)_,A₂(z)_,S
₁(z)_,S₂(z)であるフィルタと適応フィルタd(z)を組み
合わせて図３に示すシステム同定回路１２０を構成す
る。

【００６２】すなわち、図１に示した第１のフィルタ１
２１をフィルタ１２１１，１２１２と減算器１２１３と
で構成し、第２のフィルタ１２２をフィルタ１２２１〜
１２２４と減算器１２２５〜１２２７とで構成してい
る。

【００６３】このシステム同定回路１２０においては、
減算器１２２７の出力［A₁(z)｛1-S ₂(z)｝-A₂(z)｛1-S₁
(z)｝］と減算器１２１３の出力｛S₁(z)-S₂(z)｝とが等
しくなるように、すなわち減算器１２４の出力が“０”
になるように適応フィルタ１２３の係数d(z)を更新する
と、その係数d(z)が収束したときに適応フィルタ１２３
の伝達関数d(z)は伝達関数D(z)に一致する。

【００６４】本実施例では適応フィルタ１２３を非巡回
型フィルタで構成しているので、その係数

【数３８】は、帰還系のインパルス応答

【数３９】と帰還制御フィルタ２１０の係数

【数４０】との差を与える。

【００６５】すなわち、帰還制御フィルタ２１０の現在
の係数に適応フィルタ１２３の係数dを加えれば、

【数４１】となって帰還制御フィルタ２１０の係数は帰還路のイン
パルス応答Bに近似される係数を有することになる。

【００６６】このようにして帰還制御フィルタ２１０の
係数を更新すると、式（１０）からD(z)は零に近似さ
れ、制御対象騒音x_jを最適に消音する騒音制御フィルタ
２２０の係数は式（２３）を用いて計算することができ
る。

【００６７】そこで、式（２３）を式（２０）に適用
し、

【数４２】と変形して伝達関数に代えて適応フィルタa(z)を導入し、図４に示すシステ
ム同定回路１２０を構成する。

【００６８】すなわち、このシステム同定回路１２０に
おいては、フィルタ１２１１、１２１２、１２１４、１
２１５と減算器１２１３とで第１のフィルタ１２１を構
成し、フィルタ１２２３、１２２４、１２２８と減算器
１２２７とで第２のフィルタ１２２を構成している。

【００６９】この構成で適応フィルタa(z)の係数が収束
した時点で、その係数

【数４３】は、求める制御対象騒音x_jを最適に消音する騒音制御フ
ィルタ２２０の係数

【数４４】を与える。

【００７０】（２）帰還制御フィルタに二組の係数を与
える場合の実施例この場合は帰還路の伝達関数が直接求められる。式（３
０）の右辺の分母を払って

【数４５】と表し、適応フィルタb(z)を導入して図５のシステム同
定回路を構成する。

【００７１】すなわち、フィルタ１２１１、１２１２、
１２１６、１２１７、１２１１０、１２１１１、１２１
１３と減算器１２１３、１２１８、１２１９、１２１１
２、１２１１４とで第１のフィルタ１２１を構成し、フ
ィルタ１２２１、１２２２、１２２９と減算器１２２７
とで第２のフィルタ１２２を構成している。

【００７２】この構成において、適応フィルタ（b(z)）
１２３の係数が収束した時点で帰還系のインパルス応答
の推定値

【数４６】が得られる。

【００７３】従って、これを用い、式（３３）を式（３
６）に適用して整理した

【数４７】となるシステム同定回路１２０を図６に示すように第１
のフィルタ１２１（フィルタ１２１１、１２１２、１２
１１０、１２１１１、１２１１３と減算器１２１３、１
２１１２、１２１１４で構成）と第２のフィルタ１２２
（フィルタ１２２１０、１２２１１、１２２９、１２２
１３と減算器１２２１２で構成）とで構成すれば、制御
対象騒音x_jを最適に消音する騒音制御フィルタ２２０の
係数は適応フィルタa(z)の係数が収束した後に残る係数

【数４８】として得られる。

【００７４】（３）電源投入からの制御フローさて、本発明を実際の機器に適用したときの制御手順を
説明する。まず、電源投入直後においては、帰還制御フ
ィルタ２１０と騒音制御フィルタ２２０の係数がまだ算
定されていない。スピーカ２０２から合成騒音が送出さ
れ、一巡閉路が構成されて初めて両フィルタ２１０，２
２０の係数は算定される。

【００７５】しかしながら、係数を設定すれば一巡閉路
が構成され、ハウリングが発生する危険が直ちに生じ
る。そのために、両フィルタ２１０，２２０の係数の選
定はハウリングが発生しないように慎重に行う必要があ
る。

【００７６】その電源投入時点で帰還制御フィルタ２１
０の望ましい係数が算定されていないのであるから、

【数４９】が最も妥当な係数の一つである。この係数は一巡閉路の
利得を現状以上には増加させない。

【００７７】一方、騒音制御フィルタ２２０の係数もま
だ算定されていない。しかし、このフィルタの係数とし
てA=0は設定できない。帰還制御フィルタ２１０の係数
を算定するためにはスピーカ２０３から擬似騒音（白色
雑音）を送出する必要がある。

【００７８】（３−１）騒音制御フィルタに二組の係数
を与える場合のフロー図７は制御フローである。まず、電源投入時の処理とし
て、上記の式（４９）に示す初期設定を行い（ステップ
ＳＴ１）、次に設定される騒音制御フィルタ２２０の係
数A₁とA₂は独立した二つの方程式を構成する必要がある
ことから

【数５０】の関係を満たす必要がある。

【００７９】ここでは、その式（５０）を満たす係数と
して

【数５１】

【数５２】を選び（同ＳＴ２，ＳＴ４）、その定数としてハウリン
グが発生しない程度の小さな値を与える。

【００８０】次に、この二つの係数A₁とA₂について対応
する非巡回型フィルタ２６１（図２参照）の係数S₁とS₂
を順に計算する（同ＳＴ３，ＳＴ５）。

【００８１】これで、連立方程式が得られたので、これ
らのA₁、A₂、S₁、S₂から帰還路のインパルス応答と帰還
制御フィルタ２１０の係数の差Dを、図３のシステム同
定回路１２０における適応フィルタ１２３の係数として
dを算定する（同ＳＴ６）ことにより求める。その係数
を帰還制御フィルタ２１０の現係数に加えて

【数５３】として帰還路の係数を更新する（同ＳＴ７）。このを用いれば、制御対象騒音を消音する最も適した騒音制
御フィルタ２２０の係数は図４のシステム同定回路１２０を用いて同様に算定さ
れる（同ＳＴ８）。

【００８２】ここで重要なことは、このときに算定され
たは理想の係数A_OPT対して現実には誤差をもつことであ
る。そして、その誤差は独立性が高く、先に設定した係
数A₂と新しく得た係数との間には独立した成分が残る。この独立成分を利用す
れば、以上の係数更新を繰り返し適用して該騒音制御フ
ィルタの係数２２０を常時更新することができる。

【００８３】すなわち、先に設定した二つの係数のうち
のA₂をA₁とし、それに対応するS₂をS₁をと置き換え（同
ＳＴ９，ＳＴ１０）、新しく得た係数をA₂としてS₂を再度算定して同様の計算を繰り返せば、
騒音制御フィルタ２２０の係数と帰還制御フィルタ２１
０の係数は常時更新されることになる。

【００８４】このことは同時に、前回の起動中に得られ
た騒音制御フィルタ２２０と帰還制御フィルタ２１０の
係数をメモリに記憶しておき、そして今回の電源投入に
際しては、そこに記憶された係数を両フィルタ２１０，
２２０に設定する構成によっても帰還制御フィルタ２１
０の係数が算定できることを示している。この記憶され
た係数を利用すると、音響系の特性が比較的安定してい
るシステムの場合では電源投入時から能動騒音制御の効
果が得られる。

【００８５】このように本発明の効果によって帰還制御
フィルタ２１０が帰還系をよく模擬するようになると、
逆フィルタの構成に用いる減算器２１１の出力に含まれ
る帰還成分の割合が減少し、非巡回型フィルタ２６１の
係数Sの算定精度が劣化することになる。しかし、その
劣化は差分Dの算定精度0dBを低下させるだけであり、そ
の差分Dが推定精度0dB で得られるようになっても、帰
還制御フィルタ２１０の係数の精度が向上しなくなるだ
けである。すなわち、本発明を繰り返し適用することが
できる。

【００８６】（３−２）騒音制御フィルタに二組の係数
を与える場合のフロー図８は制御フローである。この場合も電源投入時には帰
還制御フィルタ２１０と騒音制御フィルタ２２０にはま
だ係数が設定されていない。そこで、同様に騒音制御フ
ィルタ２２０には係数

【数５４】を設定する（ステップＳＴ１１）。更に、帰還制御フィ
ルタ２１０に設定する

【数５５】を満たす独立した２組の係数として

【数５６】

【数５７】を与える（同ＳＴ１２，ＳＴ１４）。

【００８７】この係数と、について非巡回型フィルタ２６１の係数をS₁とS₂として
求め（同ＳＴ１３，ＳＴ１５）、帰還系のインパルス応
答Bを図５に示すシステム同定回路１２０を用いてとして算定する（同ＳＴ１７）。

【００８８】このを新しく帰還制御フィルタ２１０の係数として与え、図
６のシステム同定回路１２０を使って制御対象騒音を消
音する最も適した騒音制御フィルタ２２０の係数を計算する。

【００８９】ここでも、このは理想の係数B_optに対して誤差をもつので、この誤差を
利用すれば以上の係数更新を繰り返し適用して該騒音制
御フィルタ２２０の係数を常時更新することができる。

【００９０】すなわち、先に設定した二つの係数のうち
のをとし（同ＳＴ１９）、それに対応するS₁をS₂と置き換え
（同ＳＴ１８）、新しく得た係数をとして（同ＳＴ２０）、S₂を再度算定して同様の計算を
繰り返せば、騒音制御フィルタ２２０の係数と帰還制御
フィルタ２１０の係数は常時更新されることになる。

【００９１】この方法での問題は、帰還制御フィルタ２
１０の係数更新によって帰還成分がよく相殺され、係数
S₂とS₁の算定精度が劣化したときに係数の算定精度も同様に劣化することである。この劣化は騒
音制御フィルタ２２０の係数も乱し、消音量の低下を招
く。

【００９２】この問題を解決する最も簡単な方法は帰還
制御フィルタ２１０の係数が十分な精度をもったとき
に、その係数の更新を停止することである。それは帰還
制御フィルタ２１０の係数更新量が小さくなったことで
判断できる。

【００９３】すなわち、との差Ｒが一定値Ｒｏ以下に低下したときに（同ＳＴ１
６）、帰還制御フィルタ２１０の係数更新を停止すれば
よい。但し、そのときでも制御対象騒音の生成過程が変
化している可能性があるので、騒音制御フィルタ２２０
の係数は引き続き更新する必要がある（同ＳＴ２１）。

【００９４】

【発明の効果】以上、本発明に係るフィードバック型能
動騒音制御装置によれば、騒音制御フィルタから帰還路
と帰還制御フィルタの両路を経て再び該騒音制御フィル
タに戻る一巡閉路とは逆の特性を示すフィルタを構成す
る逆フィルタ構成回路を構成し、該騒音制御フィルタか
又は該帰還制御フィルタに異なる二組の一定係数を与え
て該逆フィルタ構成回路内に構成された逆フィルタの二
つの伝達関数に基づいて立てられる連立方程式から得ら
れる解の分子を構成する第１のフィルタの出力と該解の
分母を構成する第２のフィルタに縦続接続した適応フィ
ルタの出力との差が最小となるように該適応フィルタの
係数を更新して該帰還路の伝達関数を同定するシステム
同定回路を設け、さらに、該システム同定回路を、該連
立方程式から得られる制御対象騒音の生成過程を表現す
る伝達関数と先に該システム同定回路で同定した該帰還
路の伝達関数との比を構成する分子を該第１のフィルタ
に、分母を該第２のフィルタに構成して該適応フィルタ
の係数として該制御対象騒音を最適に消音する騒音制御
フィルタの係数を算定することに繰り返し用いるように
構成したので、能動騒音制御中も白色雑音をスピーカか
ら送出することなく、帰還制御フィルタと騒音制御フィ
ルタの係数が更新される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置の構成を原理的に示したブロック図である。

【図２】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置に用いる線形予測分析法による逆フィルタ回路の構成
を示したブロック図である。

【図３】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置に用いる騒音制御フィルタに二組の係数を与えて帰還
路と帰還制御フィルタの伝達関数の差を同定する回路実
施例を示したブロック図である。

【図４】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置に用いる騒音制御フィルタに二組の係数を与えて制御
対象騒音を最適に消音する騒音制御フィルタの係数を同
定する回路実施例を示したブロック図である。

【図５】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置に用いる帰還制御フィルタに二組の係数を与えて帰還
路の特性を同定する回路実施例を示したブロック図であ
る。

【図６】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置に用いる帰還制御フィルタに二組の係数を与えて制御
対象騒音を最適に消音する騒音制御フィルタの係数を同
定する回路実施例を示したブロック図である。

【図７】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置において騒音制御フィルタに独立した二組の係数を設
定して帰還制御フィルタと騒音制御フィルタの係数更新
を行う手順を示したフローチャート図である。

【図８】本発明に係るフィードバック型能動騒音制御装
置において帰還制御フィルタに独立した二組の係数を設
定して帰還制御フィルタと騒音制御フィルタの係数更新
を行う手順を示したフローチャート図である。

【図９】一般的に知られているフィードバック型能動騒
音制御装置の回路構成例を示したブロック図である。

【図１０】一般的に知られているフィードバック型能動
騒音制御装置に用いられる帰還制御フィルタの係数を算
定する回路構成例を示したブロック図である。

【図１１】一般的に知られているフィードバック型能動
騒音制御装置を等価的に示したブロック図である。

【図１２】一般的に知られている適応予測型のフィード
バック型能動騒音制御装置を示したブロック図である。

【図１３】一般的に知られている適応予測型のフィード
バック型能動騒音制御装置の予測部分を等価的に示した
ブロック図である。

【符号の簡単な説明】

２６０逆フィルタ構成回路２４０白色雑音発生回路１２０システム同定回路１２１第１のフィルタ１２２第２のフィルタ１２３適応フィルタ１２４減算器図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5D061 FF02 5H004 GB12 HA20 HB15 KA62 KC44 LA12 MA11 5J023 DA05 DB03 DC04 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】抑制したい制御対象騒音とは同振幅・逆位
相となる擬似騒音を送出するスピーカを経て、その擬似
騒音を合成する騒音制御フィルタの入力側に接続された
騒音検出用マイクロホンに至る帰還路の特性を模擬する
帰還制御フィルタを有するフィードバック型の能動騒音
制御装置において、該騒音制御フィルタから該帰還路と該帰還制御フィルタ
の両路を経て再び該騒音制御フィルタに戻る一巡閉路と
は逆の伝達関数であって制御対象騒音の生成過程を表現
する伝達関数を含む特性を示すフィルタを構成する逆フ
ィルタ構成回路と、該騒音制御フィルタか又は該帰還制御フィルタに異なる
二組の一定係数を与え、その二組の係数に対して該逆フ
ィルタ構成回路内に構成された逆フィルタの二つの伝達
関数に基づいて立てられる連立方程式から該制御対象騒
音の生成過程を表現する伝達関数の分を消去して得られ
る解の分子を構成する第１のフィルタの出力と該解の分
母を構成する第２のフィルタに縦続接続した適応フィル
タの出力との差が最小となるように該適応フィルタの係
数を更新して該帰還路の伝達関数を同定するシステム同
定回路とを有し、さらに、該システム同定回路を、該制御対象騒音の生成
過程を表現する伝達関数と先に該システム同定回路で同
定した該帰還路の伝達関数との比を構成する分子を該第
１のフィルタに、分母を該第２のフィルタに構成して、
該適応フィルタの係数として該制御対象騒音を最適に消
音する騒音制御フィルタの係数を算定することに繰り返
し用いることを特徴としたフィードバック型能動騒音制
御装置。
【請求項２】請求項１において、該システム同定回路が、該連立方程式を、該逆フィルタ
構成回路が与える伝達関数から定数１を除いた分の伝達
関数を用いて構成したことを特徴とするフィードバック
型能動騒音制御装置。
【請求項３】請求項１において、該システム同定回路が、該騒音制御フィルタ又は該帰還
制御フィルタの二組の一定係数を装置起動時には異なる
タップに設定して該連立方程式を構成することを特徴と
したフィードバック型能動騒音制御装置。
【請求項４】請求項１において、該システム同定回路が、該騒音制御フィルタ又は該帰還
制御フィルタの二組の係数を、時間を置いて設定した値
とすることを特徴としたフィードバック型能動騒音制御
装置。
【請求項５】請求項１において、該システム同定回路が、該騒音制御フィルタ又は該帰還
制御フィルタの二組の係数を装置起動時には前回の起動
時で得て記憶させた係数を用いることを特徴としたフィ
ードバック型能動騒音制御装置。
【請求項６】請求項４において、該システム同定回路が、該帰還制御フィルタに二組の係
数を与えて行う係数更新に際して新旧二つの帰還制御フ
ィルタの係数の差が一定値以下となったときには該帰還
制御フィルタの係数を更新させないことを特徴としたフ
ィードバック型能動騒音制御装置。
【請求項７】請求項１において、該システム同定回路が、該騒音制御フィルタ又は該帰還
制御フィルタの二組の係数と該逆フィルタの伝達関数に
対して、該帰還制御フィルタの係数の次回の更新には今
回の更新に使用した係数と対応する伝達関数を流用する
ことを特徴としたフィードバック型能動騒音制御装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかにおいて、該逆フィルタ構成回路が、非巡回型フィルタで構成され
ていることを特徴としたフィードバック型能動騒音制御
装置。