JP2535476B2 - 騒音制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は騒音と逆相等音圧の信号
をスピーカから出力することにより騒音を消去する騒音
制御装置に関し、特に本発明では騒音制御装置に使用さ
れている適応型フィルタリング手段の応答速度を早め、
適応特性を向上することを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】従来内燃機関等から発生する騒音を低減
するためにはマフラ等の受動的な消音装置が使用されて
きたが、サイズ、消音特性等の観点から改善がなされて
いた。これに対し、音源から発生された騒音と逆位相・
等音圧の補償音をスピーカから出力し、騒音を相殺する
能動型の騒音制御装置が提案されている。ところで、こ
の能動型の騒音制御装置自体の周波数特性あるいは安定
性等が十分でなく実用化が遅れていた。しかし、近年デ
ィジタル回路を使用した信号処理技術が発展し取り扱う
周波数範囲も拡大した結果、実用的な騒音制御装置が多
数提案されている（例えば特開昭６３−３１１３９６号
公報）。

【０００３】これはダクト上流に設置した騒音源用のマ
イクロフォンで騒音を検出し信号処理回路により騒音と
逆相・等音圧の信号をダクト下流に設置したスピーカか
ら出力し、消音された結果を消音点用のマイクロフォン
で検出してフィードバックするフィードバック系と、フ
ィードフォワード系と組み合わせたいわゆる２マイクロ
フォン・１スピーカ型の能動型の騒音制御装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、騒音制御装
置には、適応型フィルタが使用されるが、消音特性をさ
らに改善するためには、応答性を向上することが望まれ
ている。したがって本発明は上記課題に鑑みて適応型フ
ィルタの演算速度の収束時間を短縮できる騒音制御装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、騒音源からの騒音信号を入力し、騒音と
逆相等音圧の音波を出力するスピーカと、該スピーカに
よって該騒音を消去して生じる誤差信号を検出するマイ
クロフォンとを有する騒音制御装置に、適応型フィル
タ、伝達特性補正手段及びフィルタ係数更新手段を設け
る。

【０００６】適応型フィルタはフィルタ係数が自動的に
調整されて騒音源の信号から逆相等音圧の補償信号を形
成し、前記スピーカへ出力する。伝達特性補正手段は前
記騒音源からの信号を、前記適応型フィルタの出力から
前記誤差信号を形成して前記適応型フィルタに戻るまで
の伝達特性を模擬した特性により補正する。

【０００７】フィルタ係数更新手段は前記誤差信号に比
例する信号と前記伝達特性模擬手段からの入力信号を逐
次遅延した信号とを乗算して、この乗算した値に圧縮係
数を乗算した前回のフィルタ係数を加算して前記適応型
フィルタのフィルタ係数を自動的に調整する。

【０００８】

【作用】本発明の騒音制御装置によれば、前記適応型フ
ィルタによって、フィルタ係数が自動的に調整され逆相
等音圧の補償信号が形成される。前記フィルタ係数更新
手段によって、前記誤差信号に比例する信号と前記騒音
信号を乗算してこの乗算した値に、圧縮係数が乗算した
前回のフィルタ係数が加算されてフィルタ係数が形成さ
れる。前記伝達特性模擬手段にれば、該フィルタ係数更
新手段の入力騒音信号が、前記適応型フィルタから前記
誤差信号を形成するまでの伝達特性を模擬した特性によ
り補正される。よって前記フィルタ係数の前記圧縮係数
を予め該フィルタ係数の最終値に合わせて設定すること
ができ、このため最終値を初期値として供給できるので
収束時間が短縮できる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例の前提となる騒音制御
装置を示す図である。本図の騒音制御装置は、自動車等
のエンジン、モータ等の騒音源１から騒音が一定の伝達
特性で伝達する経路２の一定の消音すべき場所３に設置
されたスピーカ４と、該スピーカ４を駆動する電力増幅
器５と、アナログ信号の高周波成分を除去する低域通過
フィルタ６と、該低域通過フィルタ６に対してディジタ
ル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７(Digit
al to Analog Converter) と、前記スピーカ４の近傍に
設置されて誤差信号を検出するマイクロフォン８と、該
マイクロフォン８の電気信号を増幅する増幅器９と、該
増幅器９の増幅信号の高周波成分を除去する低域通過フ
ィルタ１０と、該低域通過フィルタ１０のアナログ信号
をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１（Analog
to Digital Converter)と、騒音源１からの回転数信号
に基づき、前記Ａ／Ｄ変換器１１から消音点での誤差信
号が最小になるように前記Ｄ／Ａ変換器７に騒音を消去
するための補償信号を形成するディジタル信号処理装置
１２（Digital Signal Processor) と、該ディジタル信
号処理装置１２のプログラムを格納するＲＡＭ１３(Ran
dom Access Memory)と、該ＲＡＭ１３にＲＯＭ１５(Rea
d Only Memory)からプログラムを転送させたり、そのた
めにプログラムをＲＡＭ１６に一時保管させたりする中
央演算処理装置１４とを備える。

【００１０】図２は図１の第１の実施例に係るディジタ
ル信号処理装置の構成を示す図である。本図に示すディ
ジタル信号処理装置１２は、非巡回型のＦＩＲ（Finite
Impulse Response)のフィルタであって、後述のように
フィルタ係数を自動的に変化し、エンジン、モータ等の
騒音源１からの騒音信号Ｓr をこれと等化な補償信号Ｓ
c に形成する適応型フィルタ１２１（Adaptive Filter)
と、騒音源１の騒音信号Ｓｒ及びＡ／Ｄ変換器１１から
の誤差信号Ｓm により更新される前記フィルタ係数を形
成するフィルタ係数更新手段１２２と、該フィルタ係数
更新手段１２２の入力騒音信号Ｓr を、前記適応型フィ
ルタ１２１から前記誤差信号を形成するまでの伝達特性
Ｈd1を模擬した信号に、補正する伝達特性模擬手段１２
３とを含む。ここで、前記伝達特性Ｈd1は、適応型フィ
ルタ１２１の出力からマイクロフォン８までの伝達特性
Ｈd 、マイクロフォン８からフィルタ係数更新手段１２
２までの伝達特性Ｈm とすると、 Ｈd1＝Ｈd ・Ｈm …（１） と定義される。

【００１１】図３は適応型フィルタの構成を示す図であ
る。本図に示す適応型フィルタ１２１は、騒音源１から
の入力データ（Ｓr ）を遅延時間τでそれぞれ遅延する
複数の遅延手段１２１１−１、１２１１−２、１２１１
−３、…、１２１１−（ｋ−１）と、入力データ、各該
遅延手段１２１１による遅延データに後述するフィルタ
係数C0(n) 、C1(n) 、…、Ck(n) を乗算する乗算手段１
２１２−１、１２１２−２、１２１２−３、…、１２１
２−ｋと、各該乗算手段１２１２の出力データをそれぞ
れ加算する加算手段１２１３−１、１２１３−２、…、
１２１３−（ｋ−１）とを含むＦＩＲ型フィルタであっ
て、加算手段１２１３−（ｋ−１）から補償信号Ｓc を
出力するものである。

【００１２】図４は図２の係数更新手段の構成を示す図
である。本図に示す係数更新手段１２２は、Ａ／Ｄ変換
器１１からの誤差信号Ｓm(n)と収束定数αを乗算する第
１の乗算手段１２２０と、前記適応型フィルタ１２１の
各遅延手段１２１１に対応して、伝達特性模擬手段１２
３からの入力データを遅延時間τでそれぞれ遅延する複
数の遅延手段１２２２−１、１２２２−２、１２２２−
３、…、１２２２−（ｋ−１）と、伝達特性模擬手段１
２３の入力データ、各遅延手段１２２２での遅延データ
と第１の乗算手段１２２０の出力データをそれぞれ乗算
する第２の乗算手段１２２３−１、１２２３−２、…、
１２２３−（ｋ−１）と、各第２の乗算手段１２２３の
データを一方のデータとして加算してそれぞれ前記適応
型フィルタ１２１の各乗算手段１２１２にフィルタ係数
C0(n) 、C1(n) 、…、Ck(n) として出力する加算手段１
２２４−１、１２２４−２、…、１２２４−ｋと、各該
加算手段１２２４の出力データに圧縮定数としてCm1 、
Cm2 、…、Cmk を乗算する第３の乗算手段１２２５−
１、１２２５−２、…、１２２５−ｋと、該第３の乗算
手段１２２５の出力データを遅延時間τだけ遅延して各
前記加算手段１２２４に他方のデータとしてそれぞれ出
力する複数の遅延手段１２２６−１、１２２６−２、
…、１２２６−ｋとを含む。ここで更新定数α及び圧縮
定数としてCm1 、Cm2 、…、Cmk はＲＡＭ１３から供給
される。

【００１３】以上の構成により、次のように、前記適応
型フィルタ１２１の乗算手段１２１２へのフィルタ係数
が形成される。ここで適応型フィルタ１２１及び伝達特
性模擬手段１２３への入力データをｑ(n) とし、この入
力データが伝達特性模擬手段１２３を介してｑ1(n)にな
ったとする。このとき、図４において、各遅延手段１２
２２の出力データはｑ1(n-1)、ｑ1(n-2)、…、ｑ1(n-k+
1)となる。さらに、Ａ／Ｄ変換器１１からの第１の乗算
手段１２２０への入力データをＳm(n)とする。各前記遅
延器１２２６の出力データは、それぞれC0(n-1) 、C1(n
-1) 、…、Ck(n-1) であるから、下記式が成立する。

【００１４】 C0(n) ＝C0(n-1) ・Cm1 ＋（Ｓm(n)・α）・ｑ(n) C1(n) ＝C1(n-1) ・Cm2 ＋（Ｓm(n)・α）・ｑ(n-1) …、 Ck(n) ＝Ck(n-1) ・Cmk ＋（Ｓm(n)・α）・ｑ(n+k-1) …（２） 上記（２）式に示すように、各第２の乗算手段１２２３
は第１の乗算手段１２２０の出力データと伝達特性模擬
手段１２３からの入力データ、各遅延手段１２２２から
の出力データを乗算する処理を行う。

【００１５】このようにして得られたフィルタ係数を適
応型フィルタ１２１の乗算手段に設定すると、適応型フ
ィルタ１２１の出力データＳc(n)は下記のようになる。 Ｓc(n)＝C0(n) ・ｑ(n) ＋C1(n) ・ｑ(n-1) ＋、…、＋Ck(n) ・ｑ(n-k+1) …（３） 通常フィルタ係数はその値が単に大きいだけだと反応が
速くなり、逆に最適値を見つけにくくなるが、この値を
遅延手段１２１１の遅延時間に対応してこの値を変える
ことにより、適応型フィルタ１２１の適応特性を変える
ことができる。

【００１６】図５は圧縮係数の一例を示す図である。本
図に示すように、適応型フィルタ１２１の遅延手段１２
１１の遅延時間の増大に対応して徐々に圧縮係数を小さ
くしていくと、新しく入力したデータに対して反応を大
きくし、古いデータに対しては反応を鈍くして、収束時
間を短縮できる例である。図６はフィルタ係数の最終値
と圧縮係数との関係を示す図である。本図（ａ）に示す
ように、フィルタ係数の最終値は、騒音源１とスピーカ
４までの距離Ｌによって定まることが分かっており、例
えば上記Ｌのとき遅延時間ｍτでフィルタ係数最終値に
ピークが発生するとすれば、この場合には、本図（ｂ）
に示すように、フィルタ係数の圧縮係数を予めフィルタ
係数の最終値のピーク値の遅延時間ｍτで反応が大きく
なるように合わせて設定することができ、このため最終
値を初期値として供給できるので収束時間が短縮でき
る。

【００１７】さらに、本図（ｃ）に示すように、フィル
タ係数の最終値が遅延の後半で小さくなる場合には、本
図（ｄ）に示すように、圧縮係数もこれに対応して遅延
の後半で減少するようにして反応を減少させる。かくし
て騒音源１からスピーカ４の経路に依存して変化するフ
ィルタ係数の変化に対応して適応型フィルタ１２１の収
束時間を短縮できることになる。

【００１８】以上のようにして得られたフィルタ係数を
用いた騒音消音の一連の動作を説明する。騒音源１から
マイクロフォン８までの伝達特性をＨNOISE と上記式
（１）とから、マイクロフォン８で検出される信号Ｓm0
は次のようになる。 Ｓm0＝Ｓn ・ＨNOISE ＋Ｓc ・Ｈd …（４） であり、ここに、マイクロフォン８の出力信号をＳm0と
して増幅器９から係数更新手段１２２にまでの伝達特性
をＨm とすると、係数更新手段１２２の入力信号Ｓm
は、 Ｓm ＝Ｈm ・Ｓm0 …（５） となる。適応型フィルタ１２１のフィルタ係数を変更す
るための制御信号Ｓm として、Ａ／Ｄ変換器１１の出力
が与えられる。適応型フィルタ１２１は、この制御が零
となるようにフィルタ係数を変更するものであり、Ｓm
＝Ｈm ・Ｓm0であるため、Ｓm ＝０のときＳm0＝０とな
る。したがって適応型フィルタ１２１は、Ｓm ＝０とな
るように補償信号Ｓc を、 Ｓc ≒−Ｓn ・ＨNOISE ／Ｈd …（６） として出力する。

【００１９】以上は、消音された結果を消音点用のマイ
クロフォン８で検出してフィードバックするフィードバ
ック系と、フィードフォワード系と組み合わせた能動型
の騒音制御装置であったが、次に消音された結果を消音
点用のマイクロフォン８で検出して、騒音源の信号を直
接用いないで、マイクロフォン８で検出された信号をフ
ィードバックするフィードバック系についての能動型の
騒音制御装置について本発明を使用した場合を説明す
る。

【００２０】図７は第２の実施例に係るディジタル信号
処理装置を示す図である。本図の第２の実施例の構成に
おいて、第１の実施例と異なるものは、図２における伝
達特性模擬手段１２３を第１の伝達特性模擬手段１２３
とし、これと同一構成のものを適応型フィルタ１２１の
出力に設けた第２の伝達特性模擬手段１２４と、該第２
の伝達特性模擬手段１２４の出力データとＡ／Ｄ変換器
１１からの入力データＳm との差を演算して騒音信号Ｓ
e を再現してこの再現騒音信号Ｓe を適応型フィルタ１
２１と第１の伝達特性模擬手段１２３に出力する差信号
演算手段１２５とである。

【００２１】ところで、適応型フィルタ１２１の入力信
号である騒音再現信号Ｓe は上記構成により、上記式
（１）、（４）から次のようにして得られる。差信号演
算手段１２５における演算結果である差信号Ｓe は、 Ｓe ＝Ｓm0・Ｈm −ＳC ・Ｈd1 ＝（Ｓn ・ＨNOISE ＋Ｓc ・Ｈd ）・Ｈm −ＳC ・Ｈd ・Ｈm ＝（Ｓn ・ＨNOISE ＋Ｓc ・Ｈd −ＳC ・Ｈd ）・Ｈm ＝Ｓn ・ＨNOISE ・Ｈm …（７） また適応型フィルタ１２１のフィルタ係数を変更するた
めの制御信号としては、前記と同様にＡ／Ｄ変換器１１
の出力Ｓm が与えられる。適応型フィルタ１２１は、こ
の制御が零となるようにフィルタ係数を変更するもので
あり、Ｓm ＝Ｈm ・Ｓm0であるため、Ｓm ＝０のときＳ
m0＝０となる。したがって差信号演算手段１２５からの
差信号Ｓe を被制御信号として適応型フィルタ１２１に
入力し、制御信号としてＡ／Ｄ変換器１１の出力を入力
することによって、適応型フィルタ１２１は、Ｓm ＝０
となるようるに補償信号Ｓc を出力する。

【００２２】本第２の実施例によっても前記第１の実施
例のものと同様の作用効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、誤
差信号に比例する信号と前記騒音信号を乗算してこの乗
算した値に、圧縮係数が乗算された前回のフィルタ係数
が加算されて適応型フィルタのフィルタ係数が形成され
るので、フィルタ係数の圧縮係数を予め該フィルタ係数
の最終値に合わせて設定することができ、このため最終
値を初期値として供給できるので収束時間が短縮でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の前提となる騒音制御装置を示
す図である。

【図２】図１の第１の実施例に係るディジタル信号処理
装置の構成を示す図である。

【図３】適応型フィルタの構成を示す図である。

【図４】図２の係数更新手段の構成を示す図である。

【図５】圧縮係数の一例を示す図である。

【図６】フィルタ係数の最終値と圧縮係数との関係を示
す図である。

【図７】第２の実施例に係るディジタル信号処理装置を
示す図である。

【符号の説明】

１…騒音源 ４…スピーカ ８…マイクロフォン １２…ディジタル信号処理装置 １２１…適応型フィルタ １２２…フィルタ係数更新手段 １２３、１２４…伝達特性模擬手段 １２５…差信号演算手段

フロントページの続き (72)発明者 崎山 和広 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28 号 富士通テン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−178846（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−36897（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 騒音源（１）からの騒音信号を入力し、
   騒音と逆相等音圧の音波を出力するスピーカ（４）と、
   該スピーカ（４）によって該騒音を消去して生じる誤差
   信号を検出するマイクロフォン（８）とを有する騒音制
   御装置において、 フィルタ係数が自動的に調整されて騒音源（１）の信号
   から逆相等音圧の補償信号を形成し、前記スピーカ
   （４）へ出力する適応型フィルタ（１２１）と、 前記騒音源（１）からの信号を、前記適応型フィルタ
   （１２１）の出力から前記誤差信号を形成して前記適応
   型フィルタ（１２１）に戻るまでの伝達特性を模擬した
   特性により補正する伝達特性補正手段（１２３）と、 前記誤差信号に比例する信号と前記伝達特性模擬手段
   （１２３）からの入力信号を逐次遅延した信号とを乗算
   して、この乗算した値に圧縮係数を乗算した前回のフィ
   ルタ係数を加算して前記適応型フィルタ（１２１）のフ
   ィルタ係数を自動的に調整するフィルタ係数更新手段
   （１２２）とを備えることを特徴とする騒音制御装置。
2. 【請求項２】 騒音と逆相等音圧の音波を出力するスピ
   ーカ（４）と、該スピーカ（４）によって該騒音を消去
   して生じる誤差信号を検出するマイクロフォン（８）と
   を有する騒音制御装置において、 フィルタ係数が自動的に調整されて再現騒音信号から逆
   相等音圧の補償信号を形成し、前記スピーカ（４）へ出
   力する適応型フィルタ（１２１）と、 前記再現騒音信号を、前記適応型フィルタ（１２１）の
   出力から前記誤差信号を形成して前記適応型フィルタ
   （１２１）に戻るまでの伝達特性を模擬した特性により
   補正する第１の伝達特性補正手段（１２３）と、 前記適応型フィルタ（１２１）の出力信号を、前記適応
   型フィルタ（１２１）の出力から前記誤差信号を形成し
   て前記適応型フィルタ（１２１）に戻るまでの伝達特性
   を模擬した特性により補正する第２の伝達特性補正手段
   （１２４）と、 前記第２の伝達特性模擬手段（１２４）の出力信号の反
   転信号と前記誤差信号との差を演算して、前記再現騒音
   信号を形成する差信号演算手段（１２５）と、 前記誤差信号に比例する信号と前記第１の伝達特性模擬
   手段（１２３）からの入力信号を逐次遅延した信号とを
   乗算して、この乗算した値に圧縮係数を乗算した前回の
   フィルタ係数を加算して前記適応型フィルタ（１２１）
   のフィルタ係数を自動的に調整するフィルタ係数更新手
   段（１２２）とを備えることを特徴とする騒音制御装
   置。