JP2015225130A

JP2015225130A - アクティブノイズコントロールシステム及びアクティブノイズコントロール方法

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Publication number: JP2015225130A
Application number: JP2014108531A
Authority: JP
Inventors: 安井　健治; Kenji Yasui; 健治安井; 勝夫柳沼; Katsuo Yaginuma
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2015-12-14
Anticipated expiration: 2034-05-26
Also published as: JP6377412B2

Abstract

【課題】エラーマイクを用いることなく、フィードフォワード制御による騒音低減制御を精度良く実行することが可能であると共に、処理速度の向上やシステムの簡素化も達成可能なアクティブノイズコントロールシステム及びその方法を提供する。
【解決手段】騒音Ｑを計測する計測用マイク３と、騒音を低減するための制御音Ｓを作成し出力する制御コントローラ６と、制御音を放出する制御用スピーカー９とを備え、制御コントローラは、騒音中の、制御対象周波数帯域の周波数成分のみを透過させるバンドパスフィルタ６ａと、バンドパスフィルタを透過した周波数成分から制御対象卓越周波数を推定する適応フィルタ６ｂと、予め計測された制御コントローラの周波数毎の位相遅れに基づき、制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成する制御信号演算部６ｃとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エラーマイクを用いることなく、フィードフォワード制御による騒音低減制御を精度良く実行することが可能であると共に、処理速度の向上やシステムの簡素化も達成可能なアクティブノイズコントロールシステム及びその方法に関する。

工場や建設現場等から発生する騒音により、近隣住民から苦情が寄せられることがある。工場等で使用される機械のうち、ファン、室外機などの設備機器及びバックホウ等の掘削機から発生する音は、低周波数領域（およそ１００Ｈｚ以下）に、他の周波数よりも突出して音圧の高い周波数特性を持っている。サッシなどの建具は、低周波数領域の遮音性能が良くないため、低周波数帯域にピークを持つ騒音が伝搬すると、居住者に不快な音として影響を与えてしまい、問題となるおそれがある。

音の干渉現象を利用したアクティブノイズコントロールについては、例えば特許文献１〜３が知られている。特許文献１の「能動騒音制御装置」は、制御アルゴリズムで修正されたＦＩＲ適応型ディジタルフィルタの伝達関数に、特定のディジタルフィルタの伝達関数を畳み込み演算するようにしている。

特許文献２の「建設機械のエンジン騒音消音装置」は、建設機械のエンジンマフラーの近傍にて、スピーカを着脱自在に設け、前記エンジンマフラーの音の出力の先にエンジン音計測用のマイクを設置し、前記スピーカと前記マイクとに電気的に接続した制御装置を前記建設機械に設け、前記エンジンマフラーからの騒音と逆位相の音を前記スピーカから出して、前記建設機械の騒音を低減させる建設機械のエンジン騒音消音装置としている。

特許文献３の「レデューサを用いた騒音低減装置」は、原音と逆位相の二次音源の音を前記原音の近接位置から放出して前記原音を消音するもので、前記二次音源用のスピーカにレデューサを取り付けて、前記スピーカを前記原音の位置から後退させると共に、前記レデューサの吐出口を前記原音に近接させて併設させた騒音低減装置としている。

特開平７−６４５６７号公報特開２０１０−２４８７６号公報特開２０１１−２４１７４５号公報

騒音の周波数等が一定である場合、干渉させる制御音は一定でよい。しかし、建設作業機械の騒音を対象とする場合、エンジンのふかし具合や作業負荷の変動によって、発生する騒音の周波数や音圧が変化する。このため、制御音も、騒音の変化に応じて、その周波数や音圧を変化させる必要がある。

アクティブノイズコントロールであって、フィードフォワード制御を用いる場合、従来にあっては、例えば図５に示すように、制御結果を観測するエラーマイク１０１を用いていた。図示例のアクティブノイズコントロールシステム１００は、騒音源１０２からの騒音をマイク１０３で計測し、計測された騒音を適応フィルタ１０４で逆位相の制御音に変換して、この変換された制御音をスピーカー１０５から放出するようにしている。

この制御の際、騒音と制御音の双方を別途エラーマイク１０１で計測し、エラーマイク１０１で計測される音に対し、適応アルゴリズム１０６を用いて、制御音の周波数、音圧、騒音との位相差を算出し、適応フィルタ１０４の係数を調整して、より適正な制御音を放出できるようにしている。なお、図中、１０７は、制御用スピーカーからエラーマイクまでの伝達関数、１０８は、騒音源からエラーマイクまでの伝達関数である。

ところで、屋外など、複雑かつ多様な外乱がある場所でエラーマイクを用いると、計測されるデータにノイズが多く含まれ、精度良く制御を行うことが難しいという課題があった。当該課題については、誤差信号を把握するためのエラーマイクは、受音点毎に外乱に起因する誤差が異なるものであり、屋外では受音点が無数にあることを考えると、この方法は、屋外における騒音低減に適しているとは言えないからである。

また、エラーマイクで計測されたデータの処理に時間がかかり、処理速度が遅いと共に、エラーマイクを用いることでシステムが複雑化するという問題もあった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、エラーマイクを用いることなく、フィードフォワード制御による騒音低減制御を精度良く実行することが可能であると共に、処理速度の向上やシステムの簡素化も達成可能なアクティブノイズコントロールシステム及びその方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるアクティブノイズコントロールシステムは、騒音源から発せられる騒音を計測する計測用マイクと、騒音を低減するための制御音を作成し出力する制御コントローラと、該制御コントローラから出力される制御音を放出する制御用スピーカーとを備え、上記制御コントローラは、上記計測用マイクから入力される騒音中の、制御対象周波数帯域の周波数成分のみを透過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した周波数成分から制御対象卓越周波数を推定する適応フィルタと、予め計測された上記制御コントローラの周波数毎の位相遅れに基づき、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成して上記制御用スピーカーへ出力する制御信号演算部とを備えることを特徴とする。

前記適応フィルタは、前記バンドパスフィルタを透過した周波数成分から前記制御対象卓越周波数の音圧を推定し、前記制御信号演算部は、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎のゲイン特性に基づき、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成することを特徴とする。

前記制御信号演算部が行う位相遅れに対する位相補正は、前記適応フィルタによって推定された前記制御対象卓越周波数の１波長のデータ数Ｎを求める工程と、制御時刻から、上記求めた１波長の波形データを記憶する工程と、上記適応フィルタによって推定された上記制御対象卓越周波数に対する前記制御コントローラの位相遅れを求める工程と、上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを求める工程と、上記１波長のデータ数Ｎから上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを差し引いたデータ数Ｎｘを求める工程と、上記記憶した１波長の波形データから、制御時刻を起点として遡って、差し引いたデータ数Ｎｘを取り去って位相補正することを特徴とする。

前記制御信号演算部は、予め計測された前記制御コントローラの周波数毎の位相遅れに加えて、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎の位相遅れに基づき、前記適応フィルタから入力される前記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行うことを特徴とする。

前記制御信号演算部は、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎のゲイン特性に加えて、予め計測された前記制御コントローラの周波数毎のゲイン特性に基づき、前記適応フィルタから入力される前記制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成することを特徴とする。

本発明にかかるアクティブノイズコントロール方法は、上記のアクティブノイズコントロールシステムを用い、前記計測用マイクで、前記騒音源から発せられる騒音を計測し、次に、前記バンドパスフィルタで、上記計測用マイクから入力される騒音中の、前記制御対象周波数帯の周波数成分のみを透過させ、次に、前記適応フィルタで、上記バンドパスフィルタを透過した周波数成分から前記制御対象卓越周波数を推定し、次に、前記制御信号演算部で、予め計測された前記制御コントローラの周波数毎の位相遅れに基づき、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成して前記制御用スピーカーへ出力し、最後に、上記制御用スピーカーで、上記制御信号演算部から入力される制御音を放出することを特徴とする。

前記適応フィルタは、前記制御対象卓越周波数を推定する際、前記バンドパスフィルタを透過した周波数成分から該制御対象卓越周波数の音圧を推定し、前記制御信号演算部は、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行う際、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎のゲイン特性に基づき、該適応フィルタから入力される該制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行って制御音を作成することを特徴とする。

本発明にかかるアクティブノイズコントロールシステム及びその方法にあっては、エラーマイクを用いることなく、フィードフォワード制御による騒音低減制御を精度良く実行することができると共に、処理速度の向上やシステムの簡素化を達成することができる。

本発明に係るアクティブノイズコントロールシステムの好適な一実施形態を示す構成図である。図１に適用される制御コントローラ、計測用マイク、並びに制御用スピーカーの各種特性を予め計測する様子を説明する説明図である。本発明に係るアクティブノイズコントロールシステム及びその方法に適用される位相遅れの補正方法を説明する説明図である。図１に示したアクティブノイズコントロールシステムによるアクティブノイズコントロール方法の現場における作動状況を説明する説明図である。従来技術を説明するためのシステム構成図である。

以下に、本発明にかかるアクティブノイズコントロールシステム及びアクティブノイズコントロール方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るアクティブノイズコントロールシステムの構成図である。図２は、図１に適用される制御コントローラ、計測用マイク、並びに制御用スピーカーの各種特性を予め計測する様子を説明する説明図である。図３は、位相遅れの補正方法を説明する説明図である。図４は、本実施形態に係るアクティブノイズコントロールシステムによるアクティブノイズコントロール方法の作動状況を説明する説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係るアクティブノイズコントロールシステム（以下、「ＡＮＣＳ」という）１は、フィードフォワード制御を実行するものであって、騒音源２から発せられる騒音Ｑを計測する計測用マイク（レファレンスマイクとも称される）３と、制御用マイク３から入力される入力信号を増幅して出力するマイク用アンプ４と、マイク用アンプ４から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５から入力されるデジタル信号を処理して、騒音を低減するための制御音を作成し出力する制御コントローラ６と、制御コントローラ６から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器７と、Ｄ／Ａ変換器７から入力される入力信号を増幅して出力するスピーカー用アンプ８と、スピーカー用アンプ８から出力される出力信号、すなわち制御コントローラ６から出力される制御音Ｓを放出する制御用スピーカー９とから構成される。

そして、騒音Ｑに対し、制御用スピーカー９から、騒音Ｑとは逆位相の制御音Ｓを発生させ、これにより騒音Ｑを干渉し、低減するようになっている。制御コントローラ６には、バンドパスフィルタ６ａと、適応フィルタ６ｂと、制御信号演算部６ｃが備えられる。

本実施形態に係るＡＮＣＳ１は、種々の周波数成分が含まれる騒音から、低減すべき周波数の騒音を選択し、その周波数の騒音を低下させることを目的とする。本実施形態では、騒音の卓越周波数を対象として、制御コントローラ６は、この卓越周波数の騒音を低減するようになっている。

本実施形態に係るＡＮＣＳ１の適用に際しては、制御対象である騒音の特性を予め計測等により調査しておき、騒音の特性に合わせて、どのような周波数の騒音に対して消音制御を行うかが予め検討される。

例えば、建設機械は、アイドリング状態や低負荷、中負荷、高負荷状態などで、エンジンの運転状態が異なり、それに伴って、発せられる騒音の特性（卓越周波数や音圧）が相違するため、これを予め把握しておき、得られた騒音の特性に基づいてＡＮＣＳ１が設定される。

本実施形態では、消音すべき騒音、すなわち制御対象周波数帯域が低周波帯域である場合について説明する。制御対象周波数帯域が、中・高周波帯域であっても同様である。

マイク用アンプ４及びスピーカー用アンプ８については、計測用マイク３からの入力信号及びＤ／Ａ変換器７からの出力信号それぞれに対する増幅量が常時一定とされる。

Ａ／Ｄ変換器５は、把握されている騒音の特性に基づいて予め設定されるサンプリング周波数により、計測用マイク３からのアナログ信号（音波）をデジタル信号（音波）に変換する。騒音の周波数のサンプリングについては例えば、音の１波長を６４分割以上でモデル化することとし、一例として４００Ｈｚまでの騒音対策に適用する場合には、サンプリング周波数は、２５．６ｋＨｚとされる。Ａ／Ｄ変換器５からの出力信号（デジタル信号）は、制御コントローラ６のバンドパスフィルタ６ａに入力される。

バンドパスフィルタ６ａは、マイク用アンプ４及びＡ／Ｄ変換器５を介して、計測用マイク３から入力される騒音中の、制御対象周波数帯の音のみを透過させる。すなわち、バンドパスフィルタ６ａは、把握されている騒音の特性に基づいて予め設定されているカットオフ周波数で、消音すべき卓越周波数付近の周波数成分を取り出し、その他の不要な周波数成分の信号をカットする。これにより、騒音に含まれる、制御対象周波数帯域よりも高い高周波数成分及び制御対象周波数帯よりも低い低周波数成分が除去され、制御対象周波数帯の周波数成分が取り出される。

バンドパスフィルタ６ａでは、入力信号と出力信号に位相差が発生する。この位相差は、周波数の変化と共に変化する。バンドパスフィルタ６ａを透過した信号の逆位相の音を制御用スピーカー９から放出しても、騒音の逆位相の音とはならない。この場合、騒音低減の効果は小さく、位相差が大きくなると騒音を増幅させる場合も考えられる。このことから、効果的な騒音低減には、バンドパスフィルタ６ａからの出力信号の位相補正を行うことが必要となる。

バンドパスフィルタ６ａは、設計段階において、周波数毎の位相特性が既知である。後述するけれども、バンドパスフィルタ６ａについては、この既知の周波数毎の位相特性を利用することにより、適応フィルタ６ｂで推定される周波数（制御対象卓越周波数）に対し、制御信号演算部６ｃで位相補正をすることができる。

バンドバスフィルタ６ａを透過した低周波の周波数成分から、制御コントローラ６の適応フィルタ６ｂにより、制御対象卓越周波数が推定される。また、適応フィルタ６ｂは、バンドパスフィルタ６ａを透過した周波数成分から制御対象卓越周波数の音圧を推定する。

適応フィルタ６ｂは周知のように、ステップサイズパラメーターを用いた周波数分析を行う。すなわち、適応フィルタ６ｂは、シミュレーション等の実験によって選定されるステップサイズパラメータに基づき、卓越周波数、すなわち騒音低減時の制御対象となる卓越周波数とその音圧を時間領域で推定する。

低周波騒音の周波数の推定に用いられる適応フィルタ６ｂの実時間における卓越周波数の推定は、重要である。適応フィルタ６ｂの適用により、周波数変動する騒音の周波数を推定して、このような周波数が変動する騒音に対する騒音低減効果を確保するようになっている。

計測用マイク３を通して得られる騒音から、時間経過における騒音の周波数の変化及び最大音圧の変化が取得され、バンドパスフィルタ６ａでは、入力音圧がピークの周波数が現れ、そして、バンドパスフィルタ６ａの出力から適応フィルタ６ｂを使って、制御対象となる騒音の周波数及び音圧の推定が行われる。

適応フィルタ６ｂで推定された実時間における制御対象卓越周波数及びその音圧が制御信号演算部６ｃに入力される。制御信号演算部６ｃは、予め計測された制御コントローラ６の周波数毎の位相遅れに基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成する。

また、制御信号演算部６ｃは、予め計測された計測用マイク３及び制御用スピーカー９の周波数毎のゲイン特性に基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成する。

本実施形態に係るＡＮＣＳ１は、前提として、エラーマイクを使用しないので、ＡＮＣＳ１そのものにおけるシステムの位相誤差や音圧誤差を把握することができない。本実施形態に係るＡＮＣＳ１は、エラーマイク無しでも、システムの位相誤差や音圧誤差を補正する方法を案出することで完成されている。そのポイントは、制御信号演算部６ｃの機能にある。

すなわち、適応フィルタ６ｂにおいて行われる、騒音の卓越周波数の推定を利用し、制御信号演算部６ｃは、システムに内在する位相特性やゲイン特性に基づき、特有の位相補正等の処理を行って、バンドパスフィルタ６ａによって抽出され、適応フィルタ６ｂで推定された周波数に対して、作成する制御音の位相差を補正し、その上で、逆位相の制御音を出力する。

上述したように、バンドパスフィルタ６ａでは、入力信号と出力信号に位相差が発生する。従ってまた、バンドパスフィルタ６ａを含む制御コントローラ６全体としても、入力信号と出力信号に位相差が発生する。騒音に対して逆位相の制御音を作成するにあたっては、時間制御で位相補正を行って、騒音と制御音の位相を合わせる必要がある。制御用スピーカー９及び計測用マイク３については、これらのゲインが周波数に依存して変化することを考慮する必要がある。

位相補正するための準備として、現場に設置されるＡＮＣＳ１と同一のＡＮＣＳ１、あるいは現場に設置するＡＮＣＳ１それ自体について、予め位相特性を計測しておく。図２には、計測している様子が示されている。計測は、室内の反射音等の外乱（ノイズ）を避けるため、無響室１０で行われる。騒音として使用される発生音Ｑ０は、純音とされる。

計測対象は、上述したように、現場に設置されるＡＮＣＳ１と同一である。発生音（純音）Ｑ０を放出する発生音源１１と計測用マイク３との距離Ｄ及び制御音Ｓを放出する制御用スピーカー９と実験室用マイク１２との距離Ｄは等しく設定される。この距離Ｄは、ＡＮＣＳ１を現場に設置する際の騒音源２と計測用マイク３との距離に合わせることが好ましい。発生音Ｑ０と制御音Ｓの干渉を少なくするため、放出する音の方向を反転させると共に、発生音源１１と制御用スピーカー９とは、十分な距離をとって配置される。

計測時のシステム構成による位相差について、略述すると、発生音源Ｑ０からの音圧信号（純音）は、計測用マイク３から制御コントローラ６に入力される。制御コントローラ６では、制御演算が行われ、演算結果に基づく制御音Ｓが、制御用スピーカー９から放出される。

制御コントローラ６の位相差、すなわちシステム上の位相差は、バンドパスフィルタ６ａの位相差と、計測用マイク３の位相差と、制御用スピーカー９の位相差を足し合わせたものといっていいい。逆位相の制御音を発生するためには、この制御コントローラ６の位相差を考慮した制御信号が必要となる。位相差は、機器系の位相特性とバンドパスフィルタ６ａの位相特性を加算したものであり、制御コントローラ６の調整では、把握された機器系の位相特性に対し、バンドパスフィルタ６ａの変更が行われる。

計測時には、バンドパスフィルタ６ａを透過する制御対象周波数全域について、制御コントローラ６、ひいては計測用マイク３及び制御用スピーカー９を含めたＡＮＣＳ１全体の周波数毎の位相特性を計測する。

また、ＡＮＣＳ１を使用するにあたって、ゲイン補正を行うために、バンドパスフィルタ６ａを透過する制御対象周波数全域について、制御コントローラ６、ひいては計測用マイク３及び制御用スピーカー９を含めたＡＮＣＳ１全体の周波数毎のゲイン特性を計測する。

必要に応じて、マイク用アンプ４、Ａ／Ｄ変換器５、Ｄ／Ａ変換器７、並びにスピーカー用アンプ８の位相特性やゲイン特性を考慮に入れるようにしても良い。

これにより、位相補正及びゲイン補正のために実測されたＡＮＣＳ１の位相特性及びゲイン特性の計測データが取得され、制御信号演算部６ｃの記憶領域に周波数毎に記憶される。

本実施形態に係るＡＮＣＳ１の制御コントローラ６は、言ってみれば、バンドパスフィルタ６ａやそれ自体に止まらず、計測用マイク３や制御用スピーカー９のゲイン及び周波数特性等、機器全体の特性が組み込まれた制御コントローラ６である。

制御信号演算部６ｃは、ＡＮＣＳ１の位相特性やゲイン特性を記憶領域から読み出し、適応フィルタ６ｂで推定された制御対象卓越周波数の、実際の騒音に対する位相遅れについて、時間制御で位相補正を実行する。

制御信号演算部６ｃが行う位相遅れに対する位相補正の方法は、次の通りである（図３参照）。図中、実線は、制御コントローラ６の位相特性（音圧変化）、破線は、バンドパスフィルタ６ａの出力から、適応フィルタ６ｂで推定された制御対象卓越周波数の位相特性（音圧変化）、すなわち真の音圧である。Ｂは制御開始時刻、Ｍは制御開始時刻Ｂにおける制御コントローラ６の音圧値、Ｒは制御開始時刻Ｂにおける真の音圧値である。
（１）適応フィルタ６ｂによって推定された制御対象卓越周波数の１波長（１周期分の波；Ａ〜Ｂの範囲）のデータ数Ｎを、制御の時間刻みに基づいて求める。
（２）制御開始時刻Ｂから、上記求めた１波長（１周期分）の波形データ（データ数Ｎ個で表現される波形）を記憶する。
（３）適応フィルタ６ｂによって推定された制御対象卓越周波数に対する、制御コントローラ６の位相遅れφ(rad )を求める。推定された周波数の位相と、上記無響室１０での計測で取得されている周波数の位相から求められる。
（４）位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを求める。（Ｎｐ＝Ｎ×（φ／２π））
（５）１波長（１周期分）のデータ数Ｎから位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを差し引いたデータ数Ｎｘを求める。
（６）記憶した１波長分の波形データから、制御開始時刻Ｂを起点として遡って、差し引いたデータ数Ｎｘを取り去り、この位置の位相補正された音圧（位相）Ｈを本来の音圧（位相）Ｒと判断する。これは、波の位相が、０〜２πで繰り返されることに基づく。

制御信号演算部６ｃはさらに、位相補正された波形を逆位相にする処理を行って制御音を作成する。作成された制御音は、制御コントローラ６の制御信号演算部６ｃから出力される。出力音圧の作成には、計測によって得られたＡＮＣＳ１のゲイン特性が用いられ、出力音圧は、推定された音圧に応答倍率をかけたものとされる。

制御コントローラ６から出力される制御音のデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器７でアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器７から出力される制御音の出力信号（アナログ信号）は、スピーカー用アンプ８に入力されて増幅される。スピーカー用アンプ８から出力される、増幅された制御音Ｓは、制御用スピーカー９から放出される。

本実施形態に係るアクティブノイズコントロール方法は、上述したＡＮＣＳ１を動作させることによって達成される。エラーマイクを用いることなく、適応フィルタ６ｂにおいて行われる、騒音の卓越周波数の推定を利用し、制御信号演算部６ｃは、システムに内在する位相特性やゲイン特性に基づき、特有の位相補正等の処理を行って、バンドパスフィルタ６ａによって抽出された周波数に対して、作成する制御音の位相差と音圧差を補正し、その上で、逆位相の制御音を出力する。

アクティブノイズコントロール方法の実行手順は、次の通りである。計測用マイク３で、騒音源２から発せられる騒音Ｑを計測し、次に、バンドパスフィルタ６ａで、マイク用アンプ４及びＡ／Ｄ変換器５を通して計測用マイク３から入力される騒音中の、制御対象周波数帯の周波数成分のみを透過させ、次に、適応フィルタ６ｂで、バンドパスフィルタ６ａを透過した周波数成分から制御対象卓越周波数を推定し、次に、制御信号演算部６ｃで、予め計測された制御コントローラ６の周波数毎の位相遅れに基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成してこれより出力し、最後に、制御用スピーカー９で、Ｄ／Ａ変換器７及びスピーカー用アンプ８を通して制御信号演算部６ｃから入力される制御音Ｓを放出するようになっている。

適応フィルタ６ｂは、制御対象卓越周波数を推定する際、バンドパスフィルタ６ａを透過した周波数成分から制御対象卓越周波数の音圧を推定し、制御信号演算部６ｃは、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行う際、予め計測された計測用マイク３及び制御用スピーカー９の周波数毎のゲイン特性に基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行って制御音を作成するようにしてもよい。

本実施形態に係るＡＮＣＳ１を、現場Ｐに設置して消音制御を行う様子が図４に示されている。騒音源２と制御用スピーカー９の配置には、周知のダイポール放射が採用され、これにより放射音響パワーが低減される。受音点１３で計測用マイク３で計測を行うと、騒音源２から放出される騒音Ｑと、制御用スピーカー９から放出される、同じ音圧で逆位相の制御音Ｓとが干渉し、これにより騒音を低減することができる。

ＡＮＣＳ１の制御コントローラ６では、計測された騒音がバンドパスフィルタ６ａに入力され、適応フィルタ６ｂが、バンドパスフィルタ６ａの出力から時間領域で制御対象卓越周波数を推定し、さらに制御信号演算部６ｃが位相及び音圧を補正し、この補正された波成分の逆位相の音を作成するようにしていて、これにより騒音を低下させることができる。

以上説明した本実施形態に係るアクティブノイズコントロールシステム１及びその方法にあっては、予め計測された制御コントローラ６の周波数毎の位相遅れに基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成する制御信号演算部６ｃを備えたので、好ましくは、当該制御信号演算部６ｃは、予め計測された計測用マイク３及び制御用スピーカー９の周波数毎のゲイン特性に基づき、適応フィルタから入力される制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成するので、更に好ましくは、制御信号演算部６ｃは、予め計測された制御コントローラ６の周波数毎の位相遅れに加えて、予め計測された計測用マイク３及び制御用スピーカー９の周波数毎の位相遅れに基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行うので、さらに望ましくは、制御信号演算部６ｃは、予め計測された計測用マイク３及び制御用スピーカー９の周波数毎のゲイン特性に加えて、予め計測された制御コントローラ６の周波数毎のゲイン特性に基づき、適応フィルタ６ｂから入力される制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成するので、エラーマイクを用いることなく、フィードフォワード制御による騒音低減制御を精度良く実行することができる。

また、エラーマイクを使用すると、エラーマイクで計測されたデータの処理に時間がかかり、処理速度が遅くなるのに対し、本実施形態に係るＡＮＣＳ１及びその方法では、エラーマイクを使用しないので、その分処理データが削減されて、処理速度を向上することができ、音の処理に対して本質的に求められるシステムの作動応答性を格段に高めることができる。さらに、エラーマイクを使用しないので、制御要素として考慮が必要となる機器要素数を削減して、制御内容を簡素化でき、システムが複雑化することを防止することができる。

さらに、制御信号演算部６ｃが行う位相遅れに対する位相補正の方法として、適応フィルタ６ｂによって推定された制御対象卓越周波数の１波長のデータ数Ｎを求める工程と、制御時刻から、上記求めた１波長の波形データを記憶する工程と、適応フィルタ６ｂによって推定された制御対象卓越周波数に対する制御コントローラ６の位相遅れを求める工程と、位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを求める工程と、上記の１波長のデータ数Ｎから上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを差し引いたデータ数Ｎｘを求める工程と、上記記憶した１波長の波形データから、制御時刻を起点として遡って、差し引いたデータ数Ｎｘを取り去ることで位相補正するという、特有の位相補正方法を備えたので、エラーマイクを用いることなく、精度の高いフィードフォワード制御を実行することができ、これにより、消音制御すべき音の周波数が時々刻々変化する騒音に対し、これに適合する制御音を時間領域で適切に放出できる効率の良いＡＮＣＳ１を構成することができる。

１アクティブノイズコントロールシステム
２騒音源
３計測用マイク
６制御コントローラ
６ａバンドパスフィルタ
６ｂ適応フィルタ
６ｃ制御信号演算部
９制御用スピーカー
Ｑ騒音
Ｓ制御音

Claims

騒音源から発せられる騒音を計測する計測用マイクと、騒音を低減するための制御音を作成し出力する制御コントローラと、該制御コントローラから出力される制御音を放出する制御用スピーカーとを備え、
上記制御コントローラは、上記計測用マイクから入力される騒音中の、制御対象周波数帯域の周波数成分のみを透過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した周波数成分から制御対象卓越周波数を推定する適応フィルタと、予め計測された上記制御コントローラの周波数毎の位相遅れに基づき、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成して上記制御用スピーカーへ出力する制御信号演算部とを備えることを特徴とするアクティブノイズコントロールシステム。
前記適応フィルタは、前記バンドパスフィルタを透過した周波数成分から前記制御対象卓越周波数の音圧を推定し、
前記制御信号演算部は、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎のゲイン特性に基づき、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成することを特徴とする請求項１に記載のアクティブノイズコントロールシステム。
前記制御信号演算部が行う位相遅れに対する位相補正は、
前記適応フィルタによって推定された前記制御対象卓越周波数の１波長のデータ数Ｎを求める工程と、
制御時刻から、上記求めた１波長の波形データを記憶する工程と、
上記適応フィルタによって推定された上記制御対象卓越周波数に対する前記制御コントローラの位相遅れを求める工程と、
上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを求める工程と、
上記１波長のデータ数Ｎから上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを差し引いたデータ数Ｎｘを求める工程と、
上記記憶した１波長の波形データから、制御時刻を起点として遡って、差し引いたデータ数Ｎｘを取り去って位相補正することを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブノイズコントロールシステム。
前記制御信号演算部は、予め計測された前記制御コントローラの周波数毎の位相遅れに加えて、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎の位相遅れに基づき、前記適応フィルタから入力される前記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行うことを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載のアクティブノイズコントロールシステム。
前記制御信号演算部は、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎のゲイン特性に加えて、予め計測された前記制御コントローラの周波数毎のゲイン特性に基づき、前記適応フィルタから入力される前記制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行った制御音を作成することを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載のアクティブノイズコントロールシステム。
請求項１に記載のアクティブノイズコントロールシステムを用い、前記計測用マイクで、前記騒音源から発せられる騒音を計測し、次に、前記バンドパスフィルタで、上記計測用マイクから入力される騒音中の、前記制御対象周波数帯の周波数成分のみを透過させ、次に、前記適応フィルタで、上記バンドパスフィルタを透過した周波数成分から前記制御対象卓越周波数を推定し、次に、前記制御信号演算部で、予め計測された前記制御コントローラの周波数毎の位相遅れに基づき、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行い、さらにその逆位相の制御音を作成して前記制御用スピーカーへ出力し、最後に、上記制御用スピーカーで、上記制御信号演算部から入力される制御音を放出することを特徴とするアクティブノイズコントロール方法。
前記適応フィルタは、前記制御対象卓越周波数を推定する際、前記バンドパスフィルタを透過した周波数成分から該制御対象卓越周波数の音圧を推定し、
前記制御信号演算部は、上記適応フィルタから入力される上記制御対象卓越周波数に対する位相遅れについて時間制御で位相補正を行う際、予め計測された前記計測用マイク及び前記制御用スピーカーの周波数毎のゲイン特性に基づき、該適応フィルタから入力される該制御対象卓越周波数に対する音圧についてゲイン補正を行って制御音を作成することを特徴とする請求項６に記載のアクティブノイズコントロール方法。
前記制御信号演算部が行う位相遅れに対する位相補正は、
前記適応フィルタによって推定された前記制御対象卓越周波数の１波長のデータ数Ｎを求める工程と、
制御時刻から、上記求めた１波長の波形データを記憶する工程と、
上記適応フィルタによって推定された上記制御対象卓越周波数に対する前記制御コントローラの位相遅れを求める工程と、
上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを求める工程と、
上記１波長のデータ数Ｎから上記位相遅れに相当するデータ数Ｎｐを差し引いたデータ数Ｎｘを求める工程と、
上記記憶した１波長の波形データから、制御時刻を起点として遡って、差し引いたデータ数Ｎｘを取り去って位相補正することを特徴とする請求項６または７に記載のアクティブノイズコントロール方法。