JP2008015046A - アクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】騒音とは無相関な同定音をノイズジェネレータ10により生成し、同定信号を消音誤差で重み付けをして、常時同定を行うアクティブ消音装置1におけるオンライン同定時の信号処理方法であって、前記消音誤差として、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と、一次経路フィルタの同定誤差e´(n)とを用いる。
また、重み付けの方法が、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と、一次経路の同定誤差e´(n)との積を、同定信号に加算して重み付けをし、かつ、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と、一次経路の同定誤差e´(n)との積に、可変としたゲインαを与えて、重み付けの調整を可能とする。
【選択図】図8
Description
そして、この制御を実現するためには、アクティブ消音装置の制御系をFiltered−X LMSアルゴリズムの構成とする必要があることが知られている。
つまり、オンライン同定することにより、エンジン等の発生騒音が変化しても消音制御が適切に機能して消音を行うことができるのである。例えば、特許文献1や特許文献2にその技術が開示されている。
つまり、従来から実施されている方法では、騒音と同時に、音響伝達関数測定用に出力された任意の音を測定するようにしている。
このため、従来の方法では、実騒音と同定音が干渉し合って、音響伝達関数の測定が正しくできないという問題があった。
例えば、図2に示すErikssonの方法や、該Erikssonの方法を改良したものとして、図3に示すZhangの方法があり、公知とされている。
このZhangの方法によれば、一次経路の同定と二次経路の同定を互いに干渉すること無く実行できるように改良がなされている。例えば、非特許文献1にこの技術が開示されている。
そこで、Zhangの方法では、実際の消音誤差の大きさに応じて同定音に倍率を設定するようにし、消音誤差が大きい時には同定音を大きくし、消音誤差が小さい時には同定音を小さくするように、さらに改良が加えられている。例えば、非特許文献2にこの技術が開示されている。
この場合、同定音の増幅を緩やかに行えば、消音効果が現れるのに遅れが生じて、性能が劣化してしまうため、本方法だけで欠点を解消することが難しく、別途対策が必要とされていた。
そこで本発明では、このような現状を鑑み、Zhangの方法をさらに改良し、音源の急激な変化に対しても発散することなく、適切な消音効果の維持を実現するオンライン同定における信号処理方法を提供することを課題としている。
また、急変した音響特性の誤差成分が顕在化した同定音が、その出力の大きさを適切にチューニングすることができ、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができる。
図1は本発明の一実施例に係るアクティブ消音装置(ANC)の概略構成を示すブロック図、図2はErikssonの方法によるANCの構成を示すブロック図、図3はZhangの方法によるANCの構成を示すブロック図、図4は本発明の実施例1に係るANCの構成を示すブロック図、図5は本発明の実施例2に係るANCの構成を示すブロック図、図6は本発明の実施例3に係るANCの構成を示すブロック図、図7は本発明の実施例4に係るANCの構成を示すブロック図、図8は本発明の実施例5に係るANCの構成を示すブロック図、図9は本発明の実施例5に係るANCの適用効果を示す図である。
尚、本実施例においては、エンジン等の排気消音を例に取り説明を行っているが、これに限定するものではなく、本発明は、例えば農業機械のキャビン、建設機械のキャビン、自動車の車室内、船のキャビン等にも適用可能である。
一般的に、アクティブ消音装置1の制御系は、Filtered−X LMSアルゴリズムの構成とする必要があることが知られている。
図1に示す如く、本発明の一実施例に係るアクティブ消音装置1は、Filtered−X LMSアルゴリズムの構成としており、排気ダクト2の入口側には、消音すべき排気音を収音するためのセンサーマイク3が設けられ、また排気ダクト1の出口側には、消音後の排気音を収音するためのモニターマイク4が設けられている。(尚、以後センサーマイク3からモニターマイク4に至る経路を一次経路と称する。)さらに、排気ダクト2には、一次経路の中間部より枝管7が分岐され、該枝管7の端部に排気音と実質的に等大で逆位相の音を発生させるスピーカ6が配置されている。
つまり、オンライン同定することにより、エンジン等の発生騒音が変化しても消音制御が適切に機能して消音を行うことができるのである。
つまり、従来から実施されている方法では、排気音と同時に、音響伝達関数測定用に出力された任意の音を測定するようにしている。そのため従来は、音響伝達関数の測定が正しくできないという問題があった。
以上が、本発明の一実施例に係るアクティブ消音装置(ANC)の概略構成についての説明である。
前述した通り、従来の方法では、排気音と同時に、音響伝達関数測定用に出力された任意の音を測定するようにしているため、音響伝達関数の測定が正しくできないという問題があった。
そこで、オンライン同定を行いながら、音響伝達関数を正しく測定するための信号処理方法が種々研究されている。
例えば、図2に示すErikssonの方法が公知とされている。
そこで、前記Erikssonの方法の欠点を改良したものとしては、Zhangの方法があり、公知とされている。
また、加算部22において、適応フィルタ24により騒音信号x(n)がフィルタリングされて生成した信号z(n)が、前記一次経路フィルタの同定誤差e´(n)から減算された後に、前記LMS演算部23に入力される。
また、LMS演算部23には騒音信号x(n)も入力されて、LMSアルゴリズムに従って適応フィルタ24のフィルタ係数を更新し、前記信号z(n)を加算部20で前記誤差信号e(n)から減算して信号g(n)として出力される。
そこで、Zhangの方法では、実際の消音誤差の大きさに応じて同定音に倍率を設定するようにし、消音誤差が大きい時には同定音を大きくし、消音誤差が小さい時には同定音を小さくするように、さらに改良が加えられている。
そこで、図8に示す、本発明に係るANCの構成とすることにより、Zhangの方法をさらに改良し、音源の急激な変化に対しても発散することなく、適切な消音効果の維持を実現している。
以上が、音響伝達関数を正しく測定するための信号処理方法についての説明である。
また、この場合重み付けは、ノイズジェネレータ10の出力と前記加算部26の出力を加算する加算機30を設け、該加算機30の出力側は加算部15とLMS演算部19と適応フィルタ25とに接続し、ノイズ信号r(n)に、二次経路フィルタの同定誤差es(n)を加算する方法で行うようにしている。
つまり、ノイズジェネレータ10で生成されるノイズ信号をr(n)とし、二次経路フィルタの同定誤差es(n)とすると、その出力信号v(n)は以下の数式7で表される。
また、同定信号としては、M系列信号を使用することも可能である。M系列信号を同定信号として使用した場合には、短時間で幅広い周波数特性を模擬入力することができるため、同定時間を短縮することができる。
また、この場合重み付けは、ノイズジェネレータ10から発生する同定信号r(n)に、一次経路フィルタの同定誤差e´(n)を加算機30で加算する方法で行うようにしている。
つまり、ノイズジェネレータ10で生成される同定信号をr(n)とし、一次経路の同定誤差をe´(n)とすると、実際の同定信号v(n)は以下の数式8で表される。
また、この場合重み付けは、ノイズジェネレータ10から発生する同定信号r(n)に、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と一次経路フィルタの同定誤差e´(n)を加算機30で加算する方法で行うようにしている。
つまり、ノイズジェネレータ10で生成される同定信号をr(n)とし、二次経路フィルタの同定誤差es(n)、一次経路フィルタの同定誤差をe´(n)とすると、実際の同定信号v(n)は以下の数式9で表される。
また、この場合重み付けは、ノイズジェネレータ10から発生する同定信号r(n)と、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と一次経路フィルタの同定誤差e´(n)とを乗算器31で掛け合わせた信号とを、加算機30で加算する方法で行うようにしている。
つまり、ノイズジェネレータ10で生成される同定信号をr(n)とし、二次経路フィルタの同定誤差es(n)、一次経路フィルタの同定誤差をe´(n)とすると、実際の同定信号v(n)は以下の数式10で表される。
また、この場合重み付けは、ノイズジェネレータ10から発生する同定信号r(n)と、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と一次経路フィルタの同定誤差e´(n)とを乗算器31で掛け合わせた信号を更に増幅器32により所定の値に増幅した信号とを、加算機30で加算する方法で行うようにしている。
つまり、ノイズジェネレータ10で生成される同定信号をr(n)とし、二次経路フィルタの同定誤差es(n)、一次経路フィルタの同定誤差をe´(n)、ゲインをαとすると、実際の同定信号v(n)は以下の数式11で表される。
また、急変した音響特性の誤差成分が顕在化した同定音が、その出力の大きさを適切にチューニングすることができ、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができる。
以上が、本発明に係るANCの構成についての説明である。
確認方法としては、消音制御が安定している状態で外乱を与えて、消音制御の発散および収束状況を確認するようにしている。
図9に示す如く、縦軸に音圧(Pa)、横軸に時間(sec)を取って、消音制御が収束してから約1秒後に一定の外乱(音)を与えて、消音制御が収束するまでの時間を各信号処理方法ごとに計測しグラフ上に表している。
図9から明らかなように、ErikssonおよびZhangの方法では、外乱入力後に一旦音圧レベルの変化量が増加している。これは、消音制御が一旦発散してしまっていることを表している。
それに対して、本発明に係る方法(図9中のOur Method)では、外乱入力後、消音制御が発散すること無く、速やかに収束に向かっていることが確認できる。また、収束までに要する時間も、他の方法に比べて短縮されていることが確認できる。
つまり、本発明に係る方法によれば、Zhangの方法に見られた欠点を解消し、音源の急激な変化に対しても発散することなく、適切な消音効果の維持が実現できることが確認されている。
また、重み付けの方法が、二次経路フィルタの同定誤差es(n)を、同定信号に加算して重み付けをするようにしている。
これにより、二次経路の音響特性が急激に変化して、消音誤差が急激に大きくなっても、二次経路の誤差成分が顕在化した同定音が出力され、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができるのである。
また、重み付けの方法が、一次経路フィルタの同定誤差e´(n)を、同定信号に加算して重み付けをするようにしている。
これにより、一次経路の音響特性が急激に変化して、消音誤差が急激に大きくなっても、一次経路の誤差成分が顕在化した同定音が出力され、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができるのである。
また、重み付けの方法が、二次経路フィルタの同定誤差es(n)と、一次経路の同定誤差e´(n)との積を、同定信号に加算して重み付けをするようにしている。
これにより、二次経路の音響特性および一次経路の音響特性のうち、いずれが急激に変化した場合であって、消音誤差が急激に大きくなっても、その急変した音響特性の誤差成分が顕在化した同定音が出力され、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができるのである。
これにより、二次経路の音響特性および一次経路の音響特性のうち、いずれが急激に変化した場合であっても、その急変した音響特性の誤差成分が顕在化した同定音が出力され、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができるのである。
また、急変した音響特性の誤差成分が顕在化した同定音が、その出力の大きさを適切にチューニングすることができ、同定精度が安定するため、制御が即時に適応でき安定した消音効果を得ることができるのである。
10 ノイズジェネレータ
Claims (7)
- 騒音の伝播経路に設けられた第一受音手段と、
該第一受音手段に比して下流側の前記伝播経路に設けられた前記騒音に対する干渉音と同定音を出力する発音手段と、
該発音手段に比して下流側の前記伝播経路に設けられる第二受音手段と、
前記第一受音手段の検出信号と前記第二受音手段の検出信号に基づいて前記第一受音手段から前記第二受音手段に至る一次経路を同定する一次経路同定手段と、
前記第一受音手段の検出信号と前記第二受音手段の検出信号に基づいて前記発音手段から前記第二受音手段に至る二次経路を同定する二次経路同定手段と、
前記騒音とは無相関な前記同定音を生成する同定音生成手段と、
を具備する常時同定を行うアクティブ消音装置において、
前記第二受音手段の検出信号に含まれる消音誤差を、
前記一次経路の同定誤差と、
前記二次経路の同定誤差とに分離して、
前記一次経路の同定誤差を前記一次経路同定手段にフィードバックして前記一次経路の同定を行い、
かつ、前記二次経路の同定誤差を前記二次経路同定手段にフィードバックして前記二次経路の同定を行い、
かつ、同定信号を前記同定音生成手段にフィードバックして同定音の重み付けを行い、
常時同定を行うアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法であって、
前記同定信号として、
前記二次経路の同定誤差を用いること、
を特徴とするアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法。 - 騒音の伝播経路に設けられた第一受音手段と、
該第一受音手段に比して下流側の前記伝播経路に設けられた前記騒音に対する干渉音と同定音を出力する発音手段と、
該発音手段に比して下流側の前記伝播経路に設けられる第二受音手段と、
前記第一受音手段の検出信号と前記第二受音手段の検出信号に基づいて前記第一受音手段から前記第二受音手段に至る一次経路を同定する一次経路同定手段と、
前記第一受音手段の検出信号と前記第二受音手段の検出信号に基づいて前記発音手段から前記第二受音手段に至る二次経路を同定する二次経路同定手段と、
前記騒音とは無相関な前記同定音を生成する同定音生成手段と、
を具備する常時同定を行うアクティブ消音装置において、
前記第二受音手段の検出信号に含まれる消音誤差を、
前記一次経路の同定誤差と、
前記二次経路の同定誤差とに分離して、
前記一次経路の同定誤差を前記一次経路同定手段にフィードバックして前記一次経路の同定を行い、
かつ、前記二次経路の同定誤差を前記二次経路同定手段にフィードバックして前記二次経路の同定を行い、
かつ、同定信号を前記同定音生成手段にフィードバックして同定音の重み付けを行い、
常時同定を行うアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法であって、
前記同定信号として、
前記一次経路の同定誤差を用いること、
を特徴とするアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法。 - 騒音の伝播経路に設けられた第一受音手段と、
該第一受音手段に比して下流側の前記伝播経路に設けられた前記騒音に対する干渉音と同定音を出力する発音手段と、
該発音手段に比して下流側の前記伝播経路に設けられる第二受音手段と、
前記第一受音手段の検出信号と前記第二受音手段の検出信号に基づいて前記第一受音手段から前記第二受音手段に至る一次経路を同定する一次経路同定手段と、
前記第一受音手段の検出信号と前記第二受音手段の検出信号に基づいて前記発音手段から前記第二受音手段に至る二次経路を同定する二次経路同定手段と、
前記騒音とは無相関な前記同定音を生成する同定音生成手段と、
を具備する常時同定を行うアクティブ消音装置において、
前記第二受音手段の検出信号に含まれる消音誤差を、
前記一次経路の同定誤差と、
前記二次経路の同定誤差とに分離して、
前記一次経路の同定誤差を前記一次経路同定手段にフィードバックして前記一次経路の同定を行い、
かつ、前記二次経路の同定誤差を前記二次経路同定手段にフィードバックして前記二次経路の同定を行い、
かつ、同定信号を前記同定音生成手段にフィードバックして同定音の重み付けを行い、
常時同定を行うアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法であって、
前記同定信号として、
前記二次経路の同定誤差と、
前記一次経路の同定誤差とを用いること、
を特徴とするアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法。 - 前記重み付けの方法が、
前記二次経路の同定誤差を、
前記同定信号に加算して重み付けをすること、
を特徴とする請求項1または請求項3に記載のオンライン同定時の信号処理方法。 - 前記重み付けの方法が、
前記一次経路の同定誤差を、
前記同定信号に加算して重み付けをすること、
を特徴とする請求項2または請求項3に記載のアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法。 - 前記重み付けの方法が、
前記二次経路の同定誤差と、
前記一次経路の同定誤差との積を、
前記同定信号に加算して重み付けをすること、
を特徴とする請求項3に記載のアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法。 - 前記重み付けの方法が、
前記二次経路の同定誤差と、
前記一次経路の同定誤差との積を、
前記同定信号に加算して重み付けをし、かつ、
前記二次経路の同定誤差と、
前記一次経路の同定誤差との積に、
可変としたゲインを与えて、
前記重み付けの調整を可能としたこと、
を特徴とする請求項6に記載のアクティブ消音装置におけるオンライン同定時の信号処理方法。
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