JP2003167584A - 能動型消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 騒音源が特定できない定常騒音音場において
有効に騒音を消音する。 【解決手段】 能動型消音装置１は、スピーカ２と、マ
イクロフォン３と、Ａ／Ｄ変換器４と、制御装置５と、
Ｄ／Ａ変換６とから構成される。制御装置５内にはＣＰ
Ｕ７とメモリ８が備えられ、ＣＰＵ７は、マイクロフォ
ン３から収音された音を騒音とスピーカ２からの出力音
とに分離し、騒音の波形を推定すると共に次の騒音の波
形を予測し、騒音の波形と逆位相の消去音を生成してス
ピーカ・マイクロフォン間の音の伝搬時間τに相当する
サンプル数だけサンプルを除いたものを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、騒音波形に対し
てそれと逆相の消去音を発生させることにより騒音を消
音する能動型消音装置に関し、特に騒音源を特定できな
い定常騒音音場に適用することができる能動型消音装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、いわゆる騒音問題は１つの社会問
題としてその重要性が増している。そのため、騒音問題
の対策の１つとして、例えば騒音源が発する騒音の音波
波形の逆位相の波形となる音（消去音）を発生させて、
音波の相殺・干渉効果により騒音を消音するといういわ
ゆる能動型消音装置が多数提案されている。

【０００３】このような能動型消音装置のうち、一般に
多く用いられているものとして、図１８に示すような構
成の能動型消音装置が知られている。この能動型消音装
置１００は、騒音検出センサとしてのマイクロフォン
（リファレンスマイク）１０１ａ及びエラー検出センサ
としてのマイクロフォン（エラーマイク）１０１ｂと、
スピーカ１０２と、２つのＡ／Ｄ変換器１０３ａ，１０
３ｂと、１つのＤ／Ａ変換器１０４と、アダプティブフ
ィルタ（適応フィルタ）１０５と、制御装置１０６とか
ら構成される。この能動型消音装置１００の消音動作
は、以下のようなものになる。

【０００４】まず、リファレンスマイク１０１ａに入力
された騒音（騒音信号）は、Ａ／Ｄ変換器１０３ａに入
力され、このＡ／Ｄ変換器１０３ａでアナログ騒音信号
からディジタル騒音信号へと変換された後、制御目標信
号として制御装置１０６に入力される。制御装置１０６
に入力された制御目標信号は、適応フィルタ１０５でフ
ィルタリングされ、消音エリア１０７内において、騒音
と振幅が等しく逆位相となるような消去音信号となる。
こうして生成された消去音信号は、Ｄ／Ａ変換器１０４
に入力され、ディジタル信号からアナログ信号に変換さ
れた後、スピーカ１０２から消去音として出力される。

【０００５】一方、エラーマイク１０１ｂには、スピー
カ１０２からの消去音と騒音源からの騒音とが重畳した
音、即ち残留騒音が入力される。残留騒音信号は、Ａ／
Ｄ変換器１０３ｂを介してアナログ信号からディジタル
信号に変換された後、制御装置１０６に入力される。こ
の残留騒音信号を入力した制御装置１０６は、予め測定
・設定されている騒音源とエラーマイク１０１ｂとの間
の伝達関数やスピーカ１０２とエラーマイク１０１ｂと
の間の伝達関数等に基づき残留騒音信号の信号レベルが
最小となるように、例えばいわゆるＬＭＳ（Least Mean
Square：最小自乗誤差）アルゴリズムなどを用いて適
応フィルタ１０５の係数を常時更新する。

【０００６】このような制御により消音動作を行う能動
型消音装置としては、例えば特許第３１４１６７４号公
報に開示された「騒音低減ヘッドフォン装置」等が知ら
れている。また、特許第３０６１９８５号公報には、１
つのマイクロフォンと１つのスピーカを用いた能動型消
音装置としての「ヘッドセット装置」が開示されてい
る。このヘッドセット装置では、マイクロフォンで収音
した音の信号の符号を反転してスピーカから出力するこ
とにより騒音を消音しているが、スピーカからの音がマ
イクロフォンで収音されることを極力抑えるため、マイ
クロフォンとスピーカの配置に配慮している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の能動型消音装置では、いずれも騒音の到来の方
向により消音効果が異なるため、騒音源が特定できない
暗騒音などの定常騒音下では効果が少ないという場合が
あるという問題があった。

【０００８】この発明は、上記問題点を考慮してなされ
たもので、騒音源が特定できない定常騒音音場において
有効に騒音を消音することができる能動型消音装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第１の能
動型消音装置は、互いに近接した一対のマイクロフォン
及びスピーカと、前記マイクロフォン及びスピーカの周
辺の騒音の波形を推定して前記推定された騒音と逆相の
消去音を生成して前記スピーカに出力する制御手段とを
備えた能動型消音装置であって、前記制御手段は、予め
前記騒音をサンプリングしてその波形の特徴を示す統計
量を算出する統計量算出手段と、この統計量算出手段で
算出された統計量を記憶する統計量記憶手段と、前記マ
イクロフォンの入力音から前記消去音を除去して前記騒
音を算出する騒音算出手段と、前記算出された騒音がゼ
ロクロスする毎に前記統計量記憶手段に記憶された統計
量に基づいて次の半波分の消去音の波形を生成する消去
音波形生成手段とを備えたものであることを特徴とす
る。

【００１０】この発明に係る第２の能動型消音装置は、
互いに近接した一対のマイクロフォン及びスピーカと、
前記マイクロフォン及びスピーカの周辺の騒音の波形を
推定して前記推定された騒音と逆相の消去音を生成して
前記スピーカに出力する制御手段とを備えた能動型消音
装置であって、前記制御手段は、前記騒音の波形の特徴
を示す統計量を記憶する統計量記憶手段と、前記マイク
ロフォンの入力音から前記消去音を除去して前記騒音を
算出する騒音算出手段と、前記算出された騒音がゼロク
ロスする毎にそれまでの半波分の波形によって前記統計
量記憶手段に記憶された統計量を更新する統計量更新手
段と、前記算出された騒音がゼロクロスする毎に前記統
計量記憶手段に記憶された統計量に基づいて次の半波分
の消去音の波形を生成する消去音波形生成手段とを備え
たものであることを特徴とする。

【００１１】この発明の第１の能動型消音装置によれ
ば、予め騒音をサンプリングしてその波形の特徴を示す
統計量を算出し、この統計量を記憶しておくと共に、マ
イクロフォンから入力された入力音から消去音を除去し
た騒音成分が、ゼロクロスする度に次の半波分の消去音
の波形を前記統計量に基づいて予測して、先行出力する
ようにしているので、騒音と、これに対する消去音の発
生との間の時間差を無くすことができ、消音性能を向上
させることができる。

【００１２】また、この発明の第２の能動型消音装置に
よれば、上記効果に加え、マイクロフォンから入力され
た入力音から消去音を除去した騒音成分が、ゼロクロス
する度に、それまでの半波分の波形によって前記記憶さ
れた統計量を更新するようにしているので、常に最新の
情報を用いて消去音の波形を予測することができ、環境
変化にも適応的に対処することができる。

【００１３】なお、スピーカからマイクロフォンまでの
伝搬特性を測定し、騒音算出手段では、消去音を前記伝
搬特性に基づいて位相及び振幅制御して、これをマイク
ロフォンの入力音から減算すると共に、消去音波形生成
手段では、前記伝搬特性に基づいて位相及び振幅制御さ
れた消去音を生成することにより、より位相遅れのない
能動型消音装置を提供することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、こ
の発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の一
実施形態に係る能動型消音装置の構成を示すブロック
図、図２は、この能動型消音装置の制御装置の構成を示
すブロック図である。図１に示すように、この例の能動
型消音装置１は、音を出力する出音手段としてのスピー
カ２と、音を収音する収音手段としてのマイクロフォン
３と、このマイクロフォン３から収音された音（アナロ
グ信号）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４
と、このＡ／Ｄ変換器４から出力されたディジタル信号
を処理して消去音を生成する制御装置５と、この制御装
置５により処理されたディジタル信号をアナログ信号に
変換してスピーカ２に出力するＤ／Ａ変換器６とから構
成されている。なお、スピーカ２とマイクロフォン３と
は、できるだけ近接して設置されていると良い。このよ
うに、この能動型消音装置１は、一対の収音手段及び出
音手段を備えて構成される。一方、図２に示すように、
制御装置５は、入力したディジタル信号の演算処理等の
内部処理を行うＣＰＵ７と、このＣＰＵ７の演算処理作
業領域として供されると共に、各種データ及びプログラ
ムを格納（記憶）するメモリ８とから構成されている。

【００１５】図３は、この制御装置５内のＣＰＵ７とメ
モリ８の内部のプログラムとによって実現されている機
能を詳しく説明するための機能ブロック図である。制御
装置５は、騒音サンプル値算定部１１と、スピーカ・マ
イクロフォン間伝搬特性設定部１２と、騒音波形時系列
更新部１３と、ゼロクロス点判定部１４と、自乗音圧値
累計部１５と、統計量更新部１６と、出力波形設定部１
７と、正弦波生成部１８と、出力波形時系列更新部１９
の各部の機能を備えて構成されている。騒音サンプル値
算定部１１は、マイクロフォン３で収音されＡ／Ｄ変換
器４でディジタル信号に変換された入力音から騒音のサ
ンプル値を算出する。スピーカ・マイクロフォン間伝搬
特性設定部１２は、スピーカ２とマイクロフォン３との
間の音の伝搬特性を設定する。騒音波形時系列更新部１
３は、騒音波形のサンプル値の時系列データを後述する
メモリ８内の騒音波形時系列データ記憶領域に記憶す
る。ゼロクロス点判定部１４は、騒音波形のサンプル値
を逐一モニタしてサンプル値の符号が変化した時点で、
即ちゼロクロスした時点で、割り込みをかける。自乗音
圧値累計部１５は、騒音波形のゼロクロス点間の各サン
プル値の自乗値を逐一累計する。統計量更新部１６は、
自乗音圧値累計部１５と共に統計量算出手段を構成する
もので、ゼロクロス点間の時間、騒音の平均振幅及びス
ロープの度数分布等の統計量を算出し、メモリ８内に記
憶する。また、統計量更新部１６は、メモリ８内の統計
量を更新する機能も有する。出力波形設定部１７は、ス
ピーカ２からの出力音の出力波形の周期、振幅及び波数
等を設定する。正弦波生成部１８は、消去音波形生成手
段を構成する他、スピーカ・マイクロフォン間の伝搬遅
延測定に使用するサンプル波形を生成するもので、出力
波形を表す正弦波サンプル値列を生成する。出力波形時
系列更新部１９は、出力波形サンプル値列をＤ／Ａ変換
器６に出力すると共に、このサンプル値列を後述するメ
モリ８内の出力波形時系列データ記憶領域に記憶する。

【００１６】図４は、この制御装置５内のメモリ８の内
部記憶領域を示す図である。メモリ８内の記憶領域は、
スピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３
１と、振幅減衰率データ記憶領域３２と、騒音波形時系
列データ記憶領域３３と、出力波形時系列データ記憶領
域３４と、ゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５
と、振幅度数分布表記憶領域３６と、スロープ度数分布
表記憶領域３７とから構成されている。なお、ゼロクロ
ス点間隔度数分布表記憶領域３５と、振幅度数分布表記
憶領域３６と、スロープ度数分布表記憶領域３７とがメ
モリ８内の統計量３８として構成される。スピーカ・マ
イクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３１には、スピ
ーカ２とマイクロフォン３との間の音の伝搬時間データ
が格納される。振幅減衰率データ記憶領域３２には、ス
ピーカ・マイクロフォン間の音の伝搬による音の振幅減
衰率データが格納される。騒音波形時系列データ記憶領
域３３には、ディジタル信号に変換された騒音波形の時
系列データが格納される。出力波形時系列データ記憶領
域３４には、スピーカ２から出力される出力音の音波波
形の時系列データが格納される。ゼロクロス点間隔度数
分布表記憶領域３５には、騒音波形のゼロクロス点間の
時間を所定数サンプリングして作成された度数分布表で
あるゼロクロス点間隔度数分布データが格納される。振
幅度数分布表記憶領域３６には、騒音波形の平均振幅を
所定数サンプリングして作成された度数分布表である振
幅度数分布データが格納される。スロープ度数分布表記
憶領域３７には、ゼロクロス点直前の所定数のサンプル
値から算出した騒音波形のスロープに対する平均振幅を
所定の条件のもとに所定数求めて作成された度数分布表
である条件付度数分布データが格納される。

【００１７】このように構成される制御装置５を備えた
能動型消音装置１の消音動作においては、スピーカ２
とマイクロフォン３との間の音の伝搬特性の測定（伝搬
時間及び振幅減衰率測定）、騒音の統計諸量の初期測
定（統計諸量初期測定）及び消音処理という各処理に
基づいて消音が行われる。

【００１８】まず、伝搬特性測定では、ＳＷ１，ＳＷ
２がそれぞれｂ，ａ側に設定され、出力波形設定部１７
が所望の出力音を生成するための音波波形の周期、振幅
及び波数の各データを設定する。次に、正弦波生成部１
８は、出力波形設定部１７で設定された出力音波形の各
データを入力し、これに基づき出力音波形を表すサンプ
ル値列を生成する。出力波形時系列更新部１９は、正弦
波生成部１８が生成したサンプル値列を入力し、このサ
ンプル値列をＤ／Ａ変換器６に出力すると共に、メモリ
８内の出力波形時系列データ記憶領域３４に記憶する。
サンプル値列を入力したＤ／Ａ変換器６は、このサンプ
ル値列をアナログ信号に変換してスピーカ２に出力し、
このアナログ信号を入力したスピーカ２は、出力音を放
出（出力）する。

【００１９】こうしてスピーカ２から出力された出力音
は、マイクロフォン３に伝搬され、この伝搬音はマイク
ロフォン３で収音され、Ａ／Ｄ変換器４に入力されてデ
ィジタル信号に変換され騒音波形時系列更新部１３に出
力される。騒音波形時系列更新部１３は、入力した伝搬
音の時系列データをメモリ８内の騒音波形時系列データ
記憶領域３３に記憶する。そして、スピーカ・マイクロ
フォン間伝搬特性設定部１２は、メモリ８内の出力波形
時系列データ記憶領域３４に記憶されたサンプル値列
（出力波形時系列データ）と騒音波形時系列データ記憶
領域３３に記憶された伝搬音時系列データ（騒音波形時
系列データ）とを参照してスピーカ２とマイクロフォン
３との間の音の伝搬時間及び振幅減衰率を設定し、メモ
リ８内のスピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記
憶領域３１と振幅減衰率データ記憶領域３２にそれぞれ
記憶する。このようにして伝搬特性測定が行われる。
なお、このスピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定部
１２における伝搬時間と振幅減衰率の算定（算出）方法
は、種々のものが考えられる。例えば、出力波形時系列
データと騒音波形時系列データの２つの時系列間の遅延
やレベル差を算定する方法などである。これらの方法は
公知であるため、ここでは、説明を省略する。

【００２０】次に、統計諸量初期測定では、ＳＷ１，
ＳＷ２がそれぞれｂ，ｂ側に設定され、スピーカ２から
の出力音の出力を停止して騒音のみをマイクロフォン３
で収音する。マイクロフォン３で収音された騒音は、Ａ
／Ｄ変換器４でディジタル信号化され騒音波形時系列更
新部１３に入力される。騒音波形時系列更新部１３は、
例えば図５に示すように、入力した騒音の音波波形のサ
ンプル値列Ｓ₁，Ｓ₂，…，Ｓ₁₂をメモリ８内の騒音波形
時系列データ記憶領域３３に記憶する。このとき、ゼロ
クロス点判定部１４は、騒音波形時系列更新部１３に入
力された騒音波形のサンプル値Ｓ_iを逐一モニタし、こ
のサンプル値の符号（正負）が変わった時点で、即ちゼ
ロクロスした時点で、割り込みをかけ自乗音圧値累計部
１５に割込信号を出力する。この割込信号を入力した自
乗音圧値累計部１５は、騒音波形のゼロクロス点間のサ
ンプルの自乗値を逐一累計して累計値ΣＳ_i ²を算出する
と共に、ゼロクロス点判定部１４からの割込信号入力時
点でそれまでの自乗値の累計を停止し、次の自乗値の累
計を開始する。即ち、自乗音圧値累計部１５は、割込信
号入力毎に新たな自乗値の累計を繰り返して行う。ま
た、このとき、自乗音圧値累計部１５は、自乗値の累計
回数も並行して計数する。なお、この計数される累計回
数ｎは、騒音波形のゼロクロス点間の時間Ｔと等しいも
のである。

【００２１】こうして自乗音圧値累計部１５で累計され
た自乗値の累計値ΣＳ_i ²と、計数された累計回数ｎのデ
ータは、統計量更新部１６に出力される。統計量更新部
１６は、入力した累計値ΣＳ_i ²及び累計回数ｎのデータ
からそれぞれ騒音の半波分の平均振幅（図５のＡ）とゼ
ロクロス点間の時間（図５のＴ）を計算し、所定数のサ
ンプルからこれらの度数分布データを作成して、メモリ
８内のゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５と、振
幅度数分布表記憶領域３６とにそれぞれ初期値として格
納する。図１２及び図１３は、正の半波のゼロクロス点
間の時間Ｔにおける度数分布及び負の半波のゼロクロス
点間の時間Ｔにおける度数分布を示している。また、統
計量更新部１６は、メモリ８内の騒音波形時系列データ
記憶領域３３に格納されている騒音波形時系列データを
参照し、ゼロクロス点直前の所定数のサンプルから騒音
波形のスロープ（傾き：図５のＢ）を算定し、算定した
所定数のスロープのデータからこれらのスロープに対す
る平均振幅の条件付度数分布データを作成し、メモリ８
内のスロープ度数分布表記憶領域３７に格納する。この
ようにして統計諸量初期測定が行われる。

【００２２】以上のように、伝搬特性測定と統計諸
量初期測定が行われた後、消音処理が実行される。こ
の消音処理では、ＳＷ１，ＳＷ２がそれぞれａ，ｂ側
に設定され、騒音サンプル値算定部１１がメモリ８内の
スピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３
１に格納されている伝搬時間データと、出力波形時系列
データ記憶領域３４に格納されている出力音波形時系列
データとを参照して以下のように騒音サンプル値を算定
する。

【００２３】図６は、この消音処理を示すフローチャ
ートである。まず、マイクロフォン３で収音された入力
音は、Ａ／Ｄ変換器４でＡ／Ｄ変換される（Ｓ１）。こ
の入力音波形を、例えば図７のＳＩで示すと、この入力
音波形ＳＩは、周囲の騒音波形ＳＮと後述する手法で推
定された消去音波形ＳＥを合成した波形となる。一方、
消去音波形ＳＥについては、制御装置５側で生成される
ものであるため、その波形は既知である。そこで、入力
音波形のサンプル値ＳＩｋから消去音波形のサンプル値
ＳＥｋを減算（ＳＩｋ−ＳＥｋ）して騒音サンプル値Ｓ
Ｎｋを算定する（Ｓ２）。但し、減算される消去音波形
ＳＥのサンプル値は、現時点で出力されたサンプル値Ｓ
Ｅｋではなく、メモリ８に記憶されたスピーカ・マイク
ロフォン間の伝搬時間データで示される時間τだけ進み
方向に位相をシフトさせたものを減算する。

【００２４】本実施形態では、この騒音サンプル値ＳＮ
ｋが算定される毎に各種統計量を更新することによって
環境変動に対応可能にし、騒音波形ＳＮがゼロクロスす
る毎に、統計量を用いて次の半波分の波形を推定する。
このため、既存サンプル値ＳＮｋ−１と新たに入力され
た騒音サンプル値ＳＮｋとが異符号であるかどうかを判
定する（Ｓ３）。

【００２５】サンプル値ＳＮｋ−１，ＳＮｋが異符号の
場合には、ゼロクロス点を通過したので、メモリ８に記
憶されている、それまでの半波分の騒音波形時系列デー
タ、既存騒音サンプル値、累計値ΣＳ_i ²及び累計回数ｎ
をリセットし（Ｓ５）、メモリ８に記憶されているゼロ
クロス点間隔度数分布データ、振幅度数分布データ及び
条件付度数分布データを更新する（Ｓ６）。そして、出
力波形設定部１７で、次の半波分の消去音波形を推定す
る（Ｓ９）。この出力波形設定部１７での波形推定方法
としては、公知のモンテカルロ法（モンテカルロシミュ
レーション）や指数平滑法などを用いることができる。
例えば、モンテカルロ法で波形推定を行う場合は、例え
ば出力波形設定部１７がメモリ８内のゼロクロス点間隔
度数分布表記憶領域３５に格納されているゼロクロス点
間隔度数分布データと、スロープ度数分布表記憶領域３
７に格納されている条件付度数分布データとを参照し、
これら度数分布に対応した確率曲線に従って乱数を生成
してそれぞれのデータを定値化して波形を推定すれば良
い。なお、例えば振幅を推定する場合、条件付度数分布
データを用いずに乱数とゼロクロス点間度数分布データ
とから推定するようにしても良い。この場合、正弦波生
成部１８において、推定した振幅にメモリ８内の振幅減
衰率データ記憶領域３２に格納されている振幅減衰率デ
ータが示す値を乗じ、入力値の符号と逆の符号を与える
ことにより出力音の音波波形の振幅を生成することがで
きる。また、指数平滑法で波形推定を行う場合は、例え
ば統計量更新部１６で予め算定した指数ｐ及び変量を表
す確率変数Ｘを出力波形設定部１７が用い、確率変数Ｘ
の最新の実現値をＳｎ、その予測値をＸ_nとすれば、次
の予測値Ｘ_n+1は次式、

【００２６】

【数１】 Ｘ_n+1＝ｐ×Ｓｎ＋（１−ｐ）×Ｘ_n （０＜ｐ＜１）

【００２７】を用いて計算することにより求めることが
できる。こうして出力波形設定部１７で推定された次の
出力音の音波波形の振幅や半周期に基づき、正弦波生成
部１８は、これらの正弦波のサンプル値列を生成する。
そして、図８に示すように、出力波形時系列更新部１９
は、正弦波生成部１８が生成したサンプル値列の初めか
らメモリ８内に格納されている伝搬時間データが示す伝
搬時間τに相当するサンプル数だけサンプルを除いたも
のをＤ／Ａ変換器６に出力すると共に出力波形時系列デ
ータ記憶領域３４に記憶する（Ｓ１０）。スピーカ２と
マイクロフォン３とが近接すればする程、伝搬時間τが
小さくなるので、この欠落サンプル数を少なくすること
ができる。こうして求められた出力波形時系列データに
基づき出力サンプル値が更新され（Ｓ１１）、Ｄ／Ａ変
換器６でアナログ信号化されスピーカ２から消去音が出
力される（Ｓ１２）。出力される消去音は、騒音とほぼ
同じ波形で逆位相となるため、騒音と相殺し騒音を消音
する効果がある。

【００２８】一方、既存サンプル値ＳＮｋ−１と新たに
入力された騒音サンプル値ＳＮｋとが同符号である場合
には、半波の途中のサンプル値であるため、メモリ８に
記憶されている。そして、騒音波形時系列データの値の
最後にステップＳ２で算定された値が追加されると共
に、自乗値の累計値ΣＳ_i ²にはこの値の自乗値が加算さ
れ、且つ累計回数ｎには１が加算される（Ｓ７）。こう
して、出力波形時系列データに基づくスピーカ２からの
出力サンプル数が推定された消去音のサンプル数に到達
したか（出力サンプルが出尽くしたか）否かが判定され
（Ｓ８）、到達した場合は、ゼロクロス点検出がなされ
る前に消去音の半波分の出力が終了してしまったので、
追加の波形を出力すべく、上記と同様の出力波形の時系
列データが生成され（Ｓ９）、出力波形時系列データが
更新される（Ｓ１０）。また、ステップＳ８の判定で出
力サンプル値が出尽くしていない場合には、現在記憶さ
れている出力波形時系列データの次の出力サンプル値を
出力する（Ｓ１１，Ｓ１２）。これにより、１サンプリ
ングタイム内の消音処理が終了する。この例の能動型消
音装置１では、上記ステップＳ１〜Ｓ１２を繰り返し実
行することで、騒音源を特定できない定常騒音音場にお
いても有効な消音を実現することができる。

【００２９】以下、この能動型消音装置１を用いて消音
検証をした結果について説明する。図９は定常騒音の波
形を示す図であり、図１０は図９の波形の一部を示す図
であり、図１１〜図１４は図９の波形のゼロクロス点間
隔度数分布を示す図であり、図１５〜図１７は図９の波
形にこの能動型消音装置１を用いて消音処理を施した場
合の定常騒音の波形を示す図である。

【００３０】図９においては、実際の定常騒音を５秒
間、サンプリング周波数４８ｋＨｚでＡ／Ｄ変換してサ
ンプリングした場合の騒音波形の時系列データの２秒か
ら５秒までの３秒間の波形データが示されており、図１
０においては、この波形データの３秒から３．０２秒ま
での２０ミリ秒間の波形データが示されている。

【００３１】図１１〜図１４においては、図１０の波形
の初めの１秒間の時系列データに上述したゼロクロス点
間隔度数分布データ、振幅度数分布データ及び条件付度
数分布データを求める処理を施したものを表し、横軸の
単位は１サンプリングタイム、即ち、この例では１／４
８０００秒である。このうち、図１１は波形の自己相関
関数を、図１２はゼロクロス点間隔内の全サンプルが正
の符号のものを、図１３は全サンプルが負の符号のもの
を、図１４はゼロクロス点間隔内の前半が正で後半が負
の符号のものを示している。これらのことから、図１１
に示す自己相関関数の最初の谷の横軸の値が、図１２及
び図１３で中心値とみられる１７〜１８サンプルの間隔
とほぼ等しいことが分かる。

【００３２】このように表される図６の定常騒音の最初
の１秒間のデータで所要統計量を算定しておき、次の１
秒間で騒音を消音することを実施した。このとき、スピ
ーカ２とマイクロフォン３との間の伝搬時間を８サンプ
リングタイム、即ち距離に換算して約６ｃｍとして設定
した。

【００３３】図１５及び図１７は、図１０と同じ時間帯
の波形図であり、図１５はスピーカ２から出力する消去
音の波形を、図１７は消音後の音の波形をそれぞれ表
し、図１６は図９と同じ時間帯における消音後の音の波
形を示す図である。これらの図からも分かるようにこの
能動型消音装置１は、十分に消音を実施した部分の騒音
を消音することができた。ちなみに、消音対象とした１
秒間の消音量は、自乗音圧値で３．１ｄＢであった。こ
れらのことから、本発明の能動型消音装置１は、スピー
カ・マイクロフォン間の音の伝搬時間τが消音対象とす
る騒音の平均ゼロクロス点間隔よりも短ければ有効に消
音を行うことができ、スピーカ２とマイクロフォン３と
の距離を短くすればするほど出力波形の予測精度を向上
させることができるので、消音効果を更に向上させるこ
とができるといえる。

【００３４】

【発明の効果】この発明の第１の能動型消音装置によれ
ば、予め騒音をサンプリングしてその波形の特徴を示す
統計量を算出し、この統計量を記憶しておくと共に、マ
イクロフォンから入力された入力音から消去音を除去し
た騒音成分が、ゼロクロスする度に次の半波分の消去音
の波形を前記統計量に基づいて予測して、先行出力する
ようにしているので、騒音と、これに対する消去音の発
生との間の時間差を無くすことができ、消音性能を向上
させることができるという効果を奏する。

【００３５】また、この発明の第２の能動型消音装置に
よれば、上記効果に加え、マイクロフォンから入力され
た入力音から消去音を除去した騒音成分が、ゼロクロス
する度に、それまでの半波分の波形によって前記記憶さ
れた統計量を更新するようにしているので、常に最新の
情報を用いて消去音の波形を予測することができ、環境
変化にも適応的に対処することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る能動型消音装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】 同能動型消音装置の制御装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】 同制御装置内のＣＰＵの機能を詳しく説明す
るための機能ブロック図である。

【図４】 同制御装置内のメモリの内部記憶領域を示す
図である。

【図５】 同制御装置内に入力した騒音の音波波形のサ
ンプル値列を示す図である。

【図６】 同能動型消音装置の消音処理プロセスを示す
フローチャートである。

【図７】 入力音波形、消去音波形及び騒音波形のサン
プル値列を示す図である。

【図８】 消音処理における消去音波形と騒音波形のサ
ンプル値列を示す図である。

【図９】 定常騒音の波形を示す図である。

【図１０】 図９の波形の一部を示す図である。

【図１１】 図９の波形の自己相関関数を示す図であ
る。

【図１２】 図９の波形のゼロクロス点間隔度数分布を
示す図である。

【図１３】 図９の波形のゼロクロス点間隔度数分布を
示す図である。

【図１４】 図９の波形のゼロクロス点間角度数分布を
示す図である。

【図１５】 図９の波形に能動型消音装置を用いて消音
処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。

【図１６】 図９の波形に能動型消音装置を用いて消音
処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。

【図１７】 図９の波形に能動型消音装置を用いて消音
処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。

【図１８】 一般的な能動型消音装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…能動型消音装置、２…スピーカ、３…マイクロフォ
ン、４…Ａ／Ｄ変換器、５…制御装置、６…Ｄ／Ａ変換
器、７…ＣＰＵ、８…メモリ、１１…騒音サンプル値算
定部、１２…スピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定
部、１３…騒音波形時系列更新部、１４…ゼロクロス点
判定部、１５…自乗音圧値累計部、１６…統計量累計
部、１７…出力波形設定部、１８…正弦波生成部、１９
…出力波形時系列更新部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに近接した一対のマイクロフォン及
   びスピーカと、 前記マイクロフォン及びスピーカの周辺の騒音の波形を
   推定して前記推定された騒音と逆相の消去音を生成して
   前記スピーカに出力する制御手段とを備えた能動型消音
   装置であって、 前記制御手段は、 予め前記騒音をサンプリングしてその波形の特徴を示す
   統計量を算出する統計量算出手段と、 この統計量算出手段で算出された統計量を記憶する統計
   量記憶手段と、 前記マイクロフォンの入力音から前記消去音を除去して
   前記騒音を算出する騒音算出手段と、 前記算出された騒音がゼロクロスする毎に前記統計量記
   憶手段に記憶された統計量に基づいて次の半波分の消去
   音の波形を生成する消去音波形生成手段とを備えたもの
   であることを特徴とする能動型消音装置。
2. 【請求項２】 互いに近接した一対のマイクロフォン及
   びスピーカと、 前記マイクロフォン及びスピーカの周辺の騒音の波形を
   推定して前記推定された騒音と逆相の消去音を生成して
   前記スピーカに出力する制御手段とを備えた能動型消音
   装置であって、 前記制御手段は、 前記騒音の波形の特徴を示す統計量を記憶する統計量記
   憶手段と、 前記マイクロフォンの入力音から前記消去音を除去して
   前記騒音を算出する騒音算出手段と、 前記算出された騒音がゼロクロスする毎にそれまでの半
   波分の波形によって前記統計量記憶手段に記憶された統
   計量を更新する統計量更新手段と、 前記算出された騒音がゼロクロスする毎に前記統計量記
   憶手段に記憶された統計量に基づいて次の半波分の消去
   音の波形を生成する消去音波形生成手段とを備えたもの
   であることを特徴とする能動型消音装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記スピーカから前記
   マイクロフォンまでの音の伝搬特性を測定するスピーカ
   ・マイクロフォン伝搬特性測定手段を備え、 前記騒音算出手段は、前記消去音を前記伝搬特性に基づ
   いて位相及び振幅制御してこれを前記マイクロフォンの
   入力音から減算することにより前記騒音を算出するもの
   であり、 前記消去音波形生成手段は、前記伝搬特性に基づいて位
   相及び振幅制御された消去音の波形を生成するものであ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の能動型消音装
   置。
4. 【請求項４】 前記統計量は、前記騒音のゼロクロス点
   の間隔と、その間の音圧振幅値とを含むことを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれか１項記載の能動型消音装置。