JP2517150B2 - 消音装置 - Google Patents

消音装置

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JP2517150B2
JP2517150B2 JP2086533A JP8653390A JP2517150B2 JP 2517150 B2 JP2517150 B2 JP 2517150B2 JP 2086533 A JP2086533 A JP 2086533A JP 8653390 A JP8653390 A JP 8653390A JP 2517150 B2 JP2517150 B2 JP 2517150B2
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賢一 寺井
良二 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アダプティブフィルタとディバイディング
回路により騒音を効率よく減少させる消音装置に関する
ものである。
従来の技術 従来より、騒音の大きな社会問題であり生活空間にお
ける騒音を減少させたいという要望が強かった。これま
では騒音レベルを減少させる方法として、内装材や遮音
材を室内に装備したり、また騒音源の周囲を金属やコン
クリートのなどの遮音材で包囲することなどが行なわれ
てきたが、近年、ディジタル信号処理の発達により逆位
相の音による消音技術が利用されるようになってきた。
以下、図面を参照しながら従来の消音装置について説
明を行う。
第3図は従来の消音装置のブロック図である。第3図
において、1a,1bはマイクロホン、2a,2bはマイクロアン
プ、4はアダプティブフィルタ、5はパワーアンプ、6
はスピーカ、8a、8bはFIRフィルタ、9はLMS演算器であ
り、FIRフィルタ8a、8bとLMS演算器9によってアダプテ
ィブフィルタ4を構成している。
以上のように構成された消音装置について、以下その
動作について説明する。マイクロホン1aで検出された騒
音信号は、マイクロアンプ2aで増幅された後、アダプテ
ィブフィルタ4に入力される。ここで適応制御された信
号は、パワーアンプ5とスピーカ6により再生される。
そしてその再生音と騒音源からの騒音が干渉し合い、そ
の干渉音がマイクロホン1bで検出される。検出された信
号は、マイクアンプ2bで増幅されアダプティブフィルタ
4を制御する。よって、アダプティブフィルタ4はこの
誤差信号を小さくするようにマイクアンプ2aからの入力
信号を適応制御し、これによって騒音制御点における騒
音が再生音と打ち消しあって騒音が減衰する。ここで、
アダプティブフィルタ4の演算には、通常はFiltered−
x LMSアルゴリズム(例えば参考文献として、B.Widrow
and S.Stearns,「Adaptive Signal Processing」(Pren
tice−Hall,Englewood Cliffs,NJ,1985))が用いられ
る。FIRフィルタ8bにはあらかじめパワーアンプ5から
マイクアンプ2bまでの伝達関数(スピーカ6とマイクロ
ホン1b間を含む)が係数として近似されている。よっ
て、アダプティブフィルタ4に入力されたマイクアンプ
2aからの騒音信号はFIRフィルタ8bによってこの係数と
畳み込まれ、LMS演算器9に入力される。LMS演算器9は
FIRフィルタ8bの出力を参照信号、またマイクアンプ2b
からの信号を誤差信号として、LMS(最小二乗法)を実
行してFIRフィルタ8aの係数を求めて更新する。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では消音する周波数
領域が広い場合には、サンプリング周波数を高くする必
要があり、アダプティブフィルタ4の次数が制限されて
しまう。このため、低音域を精度よく消音しようとする
と必要なフィルタ次数を確保できなくなり低域消音量が
十分に得られない、あるいはアダプティブフィルタ4の
係数更新動作が不安定になるという問題がある。また、
低域の消音量を上げるためにフィルタ長を大きくすると
サンプリング周波数を低く設定しなければならず、希望
する高域まで制御できないという問題点も有していた。
また、一つのスピーカ6で、消音する全周波数帯域を
再生する場合、使用するスピーカ6の音圧周波数特性や
歪率特性など、スピーカ6固有の特性によって再生帯域
が限定される、あるいは逆に再生音の特性が劣化する場
合がある。さらに、Filtered−x LMSアルゴリズムでは
あらかじめスピーカ6を含めた伝達関数を同定してFIR
フィルタ8bの係数とする必要があり、スピーカ6に低域
再生能力の優れたものを用いた場合、FIRフィルタ8bの
フィルタ長を長く確保しなければならないなどの問題点
を有していた。
本発明は上記問題点を解決するものであり、第1の目
的は、消音する周波数領域が広帯域な場合でも、周波数
分割を行い、アダプティブフィルタをそれぞれが取り扱
う周波数帯域に応じた動作とすることにより、各周波数
帯域を精度よく安定に消音でき、これによって全周波数
帯域で精度よく安定に消音できる消音装置を提供するも
のである。
また第2の目的は、第1の目的に加えてスピーカによ
る再生音の劣化を防止して、消音を高性能に行う消音装
置を提供するものであり、特に低音域の消音を高効率で
行うことを目的とする。
課題を解決するための手段 第1の目的を達成するために本発明の消音装置は、騒
音検出器と、誤差検出器と、検出された騒音信号および
誤差信号を増幅する信号増幅器と、その出力を各周波数
帯域に分割する第1および第2のディバイディング回路
と、第1のディバイディング回路の各出力を適応制御す
るアダプティブフィルタと、アダプティブフィルタの各
出力を加算する加算器と、電力増幅器と、スピーカとか
ら構成されている。
また第2の目的を構成するために本発明の消音装置
は、騒音検出器と、誤差検出器と、検出された騒音信号
および誤差信号を増幅する信号増幅器と、その出力を各
周波数帯域に分割する第1および第2のディバイディン
グ回路と、第1のディバイディング回路の各出力を適応
制御するアダプティブフィルタと、アダプティブフィル
タの各出力を増幅する複数の電力増幅器と、その各出力
を再生する複数のスピーカとから構成されている。
作用 第1の構成によって、騒音検出器と誤差検出器で検出
された信号が第1および第2のディバイディング回路に
よって複数の周波数帯域に分割され、これをそれぞれア
ダプティブフィルタの入力信号および誤差信号とするこ
とにより各アダプティブフィルタは各々の帯域の信号だ
けを適応制御することになる。つまり、各アダプティブ
フィルタで扱う周波数帯域に応じたサンプリング周波数
にそれぞれ設定することができる。よって、次数が小さ
くてもサンプリング周波数を低くすることにより低域制
御用のアダプティブフィルタのフィルタ長を長くでき、
高域制御用のアダプティブフィルタは低域の影響を受け
ないので、高いサンプリング周波数で動作させることが
できる。これにより、全帯域で精度よく安定に適応制御
ができることになる。
また第2の構成によって、各周波数帯域に応じたスピ
ーカを用いることよりスピーカによる特性劣化が防止で
き、広帯域の騒音を特性よく消音する。
実施例 以下第1の発明の一実施例について、図面を参照しな
がら説明する。
第1図は第1の発明の一実施例における消音装置のブ
ロック図を示すものである。第1図において、1aは騒音
検出器であるところのマイクロホン、1bは誤差検出器で
あるところのマイクロホン、2aは第1の信号増幅器であ
るところのマイクアンプ、2bは第2の信号増幅器である
ところのマイクアンプ、3aは第1のディバイディング回
路、3bは第2のディバイディング回路、4a、4bはアダプ
ティブフィルタ、5は電力増幅器であるところのパワー
アンプ、6はスピーカ、7は加算器である。
以上のように構成された消音装置について、以下その
動作について説明する。騒音源の近傍に設けられたマイ
クロホン1aが騒音を検出し、マイクアンプ2aで増幅され
ディバイディング回路3aに入力される。ディバイディン
グ回路3aは、ハイパスフィルタ(HPF)とローパスフィ
ルタ(LPF)より構成されているので高音信号と低音信
号に分割される。両信号はそれぞれアダプティブフィル
タ4a,4bにて適応制御され、加算器7で加算される。こ
れをパワーアンプ5,スピーカ6で再生して騒音制御点に
おける騒音と干渉させる。その干渉音がマイクロホン1b
で検出され、マイクアンプ2bで増幅されてディバイディ
ング回路3bに入力される。ディバイディング回路3bはデ
ィバイディング回路3aと同じ構成であり、ここで周波数
分割された信号によりアダプティブフィルタ4a,4bを制
御する。アダプティブフィルタ4a,4bはディバイディン
グ回路3bからの各誤差信号を小さくするように適応制御
する。これによってスピーカ6から再生される音と騒音
とが打ち消し合って騒音制御点における騒音が減少す
る。
以上のように本実施例によれば、アダプティブフィル
タ4a,4bの入力信号と制御信号をディバイディング回路3
a,3bで高音信号と低音信号に分けたことにより、アダプ
ティブフィルタ4aのフィルタ長はディバイディング回路
3a,3bのHPFの低域遮断周波数に制限されることになる
が、その周波数が高いためにサンプリング周波数が高く
ても次数を小さくできる。またアダプティブフィルタ4b
では、ディバイディング回路3a,3bのLPFの高域遮断周波
数以上の信号を扱わないのでサンプリング周波数を低く
することができ、そのため次数が小さくてもフィルタ長
を長く取ることができる。これによって、アダプティブ
フィルタ4aが高域を、アダプティブフィルタ4bが低域を
それぞれ精度よく消音できる。また、アダプティブフィ
ルタ4a,4bの参照信号と誤差信号が同じ周波数帯域であ
ることから、安定に動作させることができる。
つぎに第2の発明の一実施例について図面を参照しな
がら説明する。
第2図は第2の発明の一実施例における消音装置のブ
ロック図を示すものである。第2図において、1aは騒音
検出器であるところのマイクロホン、1bは誤差検出器で
あるところのマイクロホン、2aは第1の信号増幅器であ
るところのマイクアンプ、2bは第2の信号増幅器である
ところのマイクアンプ、3aは第1のディバイディング回
路、3bは第2のディバイディング回路、4a,4bはアダプ
ティブフィルタ、5a,5bは電力増幅器であるところのパ
ワーアンプ、6aは高音用スピーカ、6bは音響管を利用し
た低音用スピーカである。
以上のように構成された消音装置について、以下その
動作について説明する。騒音源の近傍に設けられたマイ
クロホン1aが騒音を検出し、マイクアンプ2aで増幅され
ディバイディング回路3aに入力される。ディバイディン
グ回路3aは、ハイパスフィルタ(HPF)とローパスフィ
ルタ(LPF)より構成されているので高音信号と低音信
号に分割される。両信号はそれぞれアダプティブフィル
タ4a,4bに適応制御され、これをパワーアンプ5a,5b、ス
ピーカ6a,6bで再生して騒音制御点における騒音と干渉
させる。その干渉音がマイクロホン1bで検出され、マイ
クアンプ2bで増幅されてディバイディング回路3bに入力
される。ディバイディング回路3bはディバイディング回
路3aと同じ構成であり、ここで周波数分割された信号に
よりアダプティブフィルタ4a,4bを制御する。アダプテ
ィブフィルタ4a,4bはディバイディング回路3bからの各
誤差信号を小さくするように適応制御する。これによっ
て、スピーカ6a,6bから再生される音と騒音とが打ち消
しあって騒音制御点における騒音が減少する。
以上のように本実施例によれば、アダプティブフィル
タ4a,4bの入力信号と制御信号をディバイディング回路3
a,3bで高音信号と低音信号に分けたことにより、第1図
の場合と同様に、アダプティブフィルタ4aのフィルタ長
はディバイディング回路3a,3bのHPFの低域遮断周波数に
制限されることになるが、その周波数が高いためにサン
プリング周波数が高くても次数を小さくできる。また、
アダプティブフィルタ4bでは、ディバイディング回路3
a,3bのLPFの高域遮断周波数以上の信号は扱わないので
サンプリング周波数を低くすることができ、そのため次
数が小さくてもフィルタ長を長く取ることができる。こ
れによって、アダプティブフィルタ4aが高域を、アダプ
ティブフィルタ4bが低域をそれぞれ精度よく消音でき
る。また、アダプティブフィルタ4a,4bの参照信号と誤
差信号が同じ周波数帯域であることから、安定に動作さ
せることができる。さらにパワーアンプ5a,5bとスピー
カ6a,6bで高音信号と低音信号をそれぞれ再生すること
により、スピーカ6a,6bを高温用スピーカ6aと低音用ス
ピーカ6bを使用することができる。これによって各周波
数帯域を無理なく再生することができるので、特性よく
消音することができる。また低音用スピーカ6bに音響管
を用いたことにより、低音再生限界を向上させたり、歪
率特性を向上させたり、低音域の能率を向上させたりす
ることができる。
さらに、スピーカ6bを上記のような低域再生能力に優
れたものを使用しても、アダプティブフィルタ4bは低い
サンプリング周波数で動作しているので、その制御アル
ゴリズムであるFiltered−x LMSアルゴリズムにおけるF
xフィルタ(第3図のFIRフィルタ8b)のフィルタ長を長
く確保でき、これによって低域精度が向上するのでアダ
プティブフィルタ4bを安定に動作できる。
発明の効果 以上のように第1の発明は、ディバイディング回路に
よってアダプティブフィルタの入力信号と誤差信号を複
数の周波数帯域に分けたことにより、アダプティブフィ
ルタのサンプリング周波数を各アダプティブフィルタの
扱う周波数帯域に応じたサンプリング周波数に設定でき
るため、低域用アダプティブフィルタではサンプリング
周波数を低く設定することにより次数が小さくてもフィ
ルタ長を長く取ることができ、高域用アダプティブフィ
ルタでは低域の影響を受けないので高いサンプリング周
波数で動作でき、また各アダプティブフィルタの参照信
号と誤差信号が同じ周波数帯域であることから安定に動
作させることができるなど、各周波数帯域で最適な制御
ができる優れた消音装置を実現できるものである。
第2の発明はさらに、各アダプティブフィルタに応じ
たスピーカを用いることにより、各周波数帯域を無理な
く再生することができるので、特性よく消音することが
でき、また特に音響管を利用したスピーカを用いること
により、低音域の消音を高特性,高効率で行える消音装
置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明の一実施例における消音装置のブロ
ック図、第2図は第2の発明の一実施例における消音装
置のブロック図、第3図は従来の消音装置におけるブロ
ック図である。 1a,1b……マイクロホン、2a,2b……マイクアンプ、3a,3
b……ディバイディング回路、4,4a,4b……アダプティブ
フィルタ、5,5a,5b……パワーアンプ、6,6a,6b……スピ
ーカ、7……加算器、8a,8b……FIRフィルタ、9……LM
S演算器。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 良二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 知和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−276100(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】騒音源からの騒音を検出する騒音検出器
    と、前記騒音検出器により検出された騒音信号を増幅す
    る第1の信号増幅器と、前記第1の信号増幅器の出力を
    複数の周波数帯域に分割する第1のディバイディング回
    路と、前記第1のディバイディング回路の各出力を適応
    制御する複数のアダプティブフィルタと、前記複数のア
    ダプティブフィルタの出力を加算する加算器と、前記加
    算器の出力を増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の
    出力を再生するスピーカと、騒音制御点での騒音を検出
    する誤差検出器と、前記誤差検出器で検出された信号を
    増幅する第2の信号増幅器と、前記第2の信号増幅器の
    出力を複数の周波数帯域に分割して前記アダプティブフ
    ィルタの誤差信号とする第2のデイバィディング回路と
    を備えたことを特徴とする消音装置。
  2. 【請求項2】騒音源からの騒音を検出する騒音検出器
    と、前記騒音検出器により検出された駆動信号を増幅す
    る第1の信号増幅器と、前記第1の信号増幅器の出力を
    複数の周波数帯域に分割する第1のディバイディング回
    路と、前記第1のディバイディング回路の各出力を適応
    制御する複数のアダプティブフィルタと、前記複数のア
    ダプティブフィルタの出力を増幅する複数の電力増幅器
    と、前記電力増幅器の各出力を再生する複数のスピーカ
    と、騒音制御点での騒音を検出する誤差検出器と、前記
    誤差検出器で検出された信号を増幅する第2の信号増幅
    器と、前記第2の信号増幅器の出力を複数の周波数帯域
    に分割して前記アダプティブフィルタの誤差信号とする
    第2のディバイディング回路とを備え、前記スピーカは
    その入力信号の周波数帯域に適した周波数特性を有する
    スピーカであることを特徴とする消音装置。
  3. 【請求項3】スピーカのうち少なくとも一つは、低音領
    域を効率よく再生する音響管を用いたスピーカであるこ
    とを特徴とする請求項(2)記載の消音装置。
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