JP2886709B2 - アクティブ消音装置 - Google Patents

アクティブ消音装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、送風機やエンジン等の
回転機の騒音を消去するアクティブ消音装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】送風機やエンジン等の回転機の騒音を抑
制するものの１つに、アクティブ消音装置が挙げられ
る。アクティブ消音装置は、騒音と１８０゜位相のずれ
た同振幅の音波を、消音用発音手段から放射し音波干渉
を起こすことによって、騒音を抑制するものであり、図
４は、その基本構成を示す。
【０００３】図４において、たとえば、ダクト内の騒音
検出マイク３で検出される騒音信号列ｕ（ｎ）は、適応
型ディジタルフィルタ４で所定の係数列ｈ（ｉ）と下記
の（１）式の畳込み演算が行なわれる。
【０００４】
【数１】
【０００５】演算結果ｙ（ｎ）を、消音信号としてスピ
ーカ６に出力させる。
【０００６】（１）式において、Ｎは、ディジタルフィ
ルタのタップ数を示す。適応型ディジタルフィルタ４の
係数列ｈ（ｉ）は、参照点における消音誤差検出マイク
５で検出される消音誤差信号ｅ（ｎ）に応じて、図示さ
れていない係数制御部により、消音誤差が最小となるよ
うに調整される。
【０００７】図４に示すシステム構成においては、スピ
ーカ６から放射された音が、騒音検出マイク３にフィー
ドバックされ、ハウリングを起こす危険性がある。ま
た、消音誤差検出マイク５に外部から雑音が混入するこ
とにより、係数列ｈ（ｉ）の誤調整を生じ、この場合も
ハウリングを起こす危険性が生じる。従来の技術では、
マイクロホンアレイにより指向性を強化し、音響フィー
ドバックや、外部雑音の影響を軽減する方法が用いられ
ている。
【０００８】また、音響フィードバックの抑圧を目的と
して、図５に示されるように、騒音検出マイク３と消音
誤差検出マイク５を、スピーカを中心に等距離に配置
し、各々の検出信号の差を減算器７で求め、その差を適
応型ディジタルフィルタ４の入力信号ｕ（ｎ）として用
い、音響フィードバックをキャンセルしている例が報告
されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図４に示されるような
構成のアクティブ消音装置においては、マイクロホンの
指向性を少々強化しても、また図５の構成を用いたとし
ても、ハウリングの危険性が常につきまとう。さらに、
騒音検出マイク３とスピーカ４の距離を短くし、システ
ムの小型化を図る場合、音響フィードバックの原因が増
加するため、ハウリングの危険性はさらに増し、ハウリ
ングに対する対策は、アクティブ消音装置を構成する上
で重要な課題となる。さらに、適応型ディジタルフィル
タ４の係数の適応アルゴリズムとして広く用いられてい
るＬＭＳアルゴリズムで係数更新を行なう場合、入力信
号が狭帯域であると係数列ｈ（ｉ）が徐々に発散し、オ
ーバーフローを起こす危険性がある。係数列ｈ（ｉ）の
オーバーフローは、消音精度の劣化やハウリング発生の
原因となる。そこで、本発明の目的は、アクティブ消音
システム動作時にハウリングが発生した場合、あるいは
ハウリングが発生しそうになった場合、即座にハウリン
グを抑制し、正常な消音制御状態に移行できるアクティ
ブ消音装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係るアクティ
ブ消音装置は、音波検出手段で検出してサンプリングさ
れた騒音信号列とサンプリング毎に適応変化される係数
列とを畳込み演算する適応フィルタによって消音信号を
作成し、この消音信号を消音用発音手段に出力し、音波
干渉によって参照点における騒音を消音し、かつ、参照
点で検出した消音誤差信号に基づいて係数列をサンプリ
ング毎に適応変化させるものであって、係数列を記憶す
るための記憶手段と、所定時間の消音誤差信号の平均電
力が前回の消音誤差信号の平均電力より小さい場合は、
そのときの係数列を記憶手段に記憶し、所定時間の消音
誤差信号の平均電力が前回の消音誤差信号の平均電力よ
り大きい場合は、記憶手段に記憶されている係数列を用
いて適応フィルタに畳込み演算をさせる制御手段とを含
む。 請求項２に係るアクティブ消音装置は、音波検出手
段で検出した騒音信号列と逐次適応変化される係数列と
を畳込み演算する適応フィルタによって消音信号を作成
し、この消音信号を消音用発音手段に出力し、音波干渉
によって参照点における騒音を消音し、かつ、参照点で
検出した消音誤差信号に基づいて係数列を逐次適応変化
させるものであって、係数列を記憶するための記憶手段
と、消音信号が規定の範囲内にあり、適応フィルタがオ
ーバーフローしない時、所定時間の消音誤差信号の平均
電力が前回の消音誤差信号の平均電力より小さい場合
は、そのときの係数列を記憶手段に記憶し、所定時間の
消音誤差信号の平均電力が前回の消音誤差信号の平均電
力より大きい場合は、記憶手段に記憶されている係数列
を用いて適応フィルタに畳込み演算をさせ、消音信号が
規定の範囲外にある時、および適応フィルタがオーバー
フローした時のいずれか一方の場合は、記憶手段に記憶
されている係数列を用いて適応フィルタに畳込み演算を
させる制御手段とを含む。
【００１１】
【作用】必要なとき、たとえば、入出力信号の規定を越
える異常な値や、演算処理中のオーバーフロー等の検出
により、ハウリングの発生等のシステムの異常を検出し
た場合、予め保存しておいた最適の係数列を呼出し、現
在の係数列と入替え、さらに係数列ｈ（ｉ）と畳込み演
算される騒音信号列ｕ（ｎ）を格納したバッファをクリ
アしてゼロにすることにより、システムのフィードバッ
クループを一瞬に切断することができるため、ハウリン
グを瞬時に止めることができる。また、係数列ｈ（ｉ）
は、上記のとおり安定な状態のものと入替えが行なわれ
るため、瞬時に消音状態への移行が実現できる。さら
に、所定の時間間隔で消音誤差信号のレベルをモニタ
し、現在のレベルと以前のレベルを比較し、現在のレベ
ルが小さければ係数列の保存、大きければ係数列呼出
し、および必要に応じて騒音信号列ｕ（ｎ）を格納した
バッファのゼロクリアを行なって、より効果的にハウリ
ングの抑制が行なえる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例のブロック図であ
る。
【００１３】同図において、一方に開口部を有する容器
２内に騒音源１があり、それに対向して騒音検出マイク
３、参照点に消音誤差検出マイク５、およびそれらの中
間に消音用スピーカ６が、図のように配置されている。
【００１４】騒音検出マイク３で検出され、アンプ１１
を介してＡ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換された
騒音信号ｕ（ｎ）は、データバス１６を介してディジタ
ルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１４に送られ、ここで
所定の係数列ｈ（ｉ）と、前述の（１）式に示す畳込み
演算がなされ、その演算結果ｙ（ｎ）がデータバス１６
を介して消音信号としてＤ／Ａ変換器８に出力される。
図示されていないが、ＤＳＰ１４には、係数列ｈ（ｉ）
を記憶する畳込み演算用係数メモリと、たとえばＦＩＲ
型のデジタルフィルタと、消音信号ｕ（ｎ）格納用メモ
リが接続されている。
【００１５】Ｄ／Ａ変換器８でアナログ信号に変換され
た消音信号は、アンプ１２を介してスピーカ６に出力さ
れる。消音した結果は、消音誤差検出マイク５で検出さ
れ、アンプ１３，Ａ／Ｄ変換器１０，データバス１６を
介してＤＳＰ１４に取込まれ、この消音誤差信号ｅ
（ｎ）が最小となるように係数列ｈ（ｉ）が更新され
る。
【００１６】（１）式から明らかなように、消音信号ｙ
（ｎ）の算出には現在からＮ単位時間前までの騒音信号
が必要であり、これら過去のデータは、消音に最適の係
数列ｈ（ｉ）とともに、データバス１６を介してメモリ
１５にセーブされている。
【００１７】係数列ｈ（ｉ）を常に最適なものに保つた
めには、これを更新することが必要であり、図２は、本
発明における係数列ｈ（ｉ）の制御形態の概略を、時間
軸に沿って表わした図である。係数列ｈ（ｉ）は、最初
の状態では、安定な動作中の係数列または予め測定した
最適の係数列を設定しておくことができる。同図におい
て、Ｔは係数列ｈ（ｉ）の更新を行なうための期間であ
り、ｔ１〜ｔ１０は各動作の時間を示す。ｔ１からｔ２
に至る期間Ｔの間に係数列ｈ（ｉ）の更新を行ない、ｔ
２からｔ３の間に消音誤差信号の平均電力ｗを計算し、
さらにこのときの係数列ｈ（ｉ）をメモリ１５にセーブ
する。その後、さらにｔ３からｔ４に至る期間Ｔの間に
係数列ｈ（ｉ）の更新が行なわれる。次に、ｔ４からｔ
５の間に再び消音誤差信号の平均電力ｗを計算し、前回
の平均電力よりも小さければ、このときの係数列ｈ
（ｉ）をメモリ１５にセーブする。これは、この期間に
おける最適な係数列である。もし、大きくなっていれ
ば、前回メモリ１５にセーブした係数列ｈ（ｉ）を、Ｄ
ＳＰ１４に接続された畳込み演算用係数メモリにコピー
する。また、必要により騒音信号ｕ（ｎ）格納用メモリ
をクリアする。その後、また時間Ｔが経過するまで、係
数列ｈ（ｉ）の更新が行なわれ、以下同様の処理が連続
して行なわれる。さらに、係数更新期間中も入出力信号
の規定値を超える異常な値や演算処理中のオーバーフロ
ーのチェックを常に行ない、これらの異常が検出された
場合ｔ８には、時間Ｔの経過の如何にかかわらず、ｔ８
からｔ９の間に、前回メモリ１５にセーブした係数列ｈ
（ｉ）を呼出して畳込み演算用係数メモリへコピーし、
騒音信号ｕ（ｎ）格納用メモリをクリアして０にする。
【００１８】図３は、上述の処理の流れをフローチャー
トに表わした一例である。動作が開始すると、ＤＳＰ１
４に騒音信号ｕ（ｎ）および誤差信号ｅ（ｎ）が入力さ
れる（ステップＳ１０１）。
【００１９】次に、係数列ｈ（ｉ）の更新が行なわれる
（ステップＳ１０２）。次に、オーバーフローの有無を
検討する（ステップＳ１０３）。
【００２０】オーバーフローがない場合は、消音信号ｙ
（ｎ）を計算する（ステップＳ１０４）。
【００２１】消音信号ｙ（ｎ）が規定値の範囲内かどう
かを検討する（ステップＳ１０５）。
【００２２】消音信号ｙ（ｎ）が規定値の範囲内であれ
ばそれをスピーカに出力する（ステップＳ１０６）。
【００２３】更新の時間Ｔが経過する（ステップＳ１０
７）。これは、動作開始の直後であるから図２のｔ２の
時点である。
【００２４】次に、誤差信号ｅ（ｎ）の平均電力ｗを計
算する（ステップＳ１０８）。平均電力ｗが前回よりも
増加しているかどうかを検討する（ステップＳ１０
９）。
【００２５】平均電力ｗが前回よりも増加していない場
合、または動作開始直後の場合は、係数列ｈ（ｉ）を保
存する（ステップＳ１１０）。
【００２６】ステップＳ１０３においてオーバーフロー
があった場合、ステップＳ１０５において消音出力ｙ
（ｎ）が規定値の範囲外である場合、およびステップＳ
１０９において平均電力ｗが前回よりも増加している場
合は、メモリ１５に保存されている最適の係数列ｈ
（ｉ）を呼出し、騒音信号ｕ（ｎ）格納用メモリをクリ
アする（ステップＳ１１１）。
【００２７】このようにして一連の更新および平均電力
ｗの計算に関連した時間Ｔをカウントするタイムカウン
ターをクリアした場合（ステップＳ１１２）、およびス
テップＳ１０７の過程において、タイムカウンターが時
間Ｔに満たない場合は、再びステップＳ１０１に戻る。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、音波検出手段で検出し
た信号列と所定の係数列を、畳込み演算することによっ
て消音信号を作成し、これを消音用発音手段に出力し、
音波干渉によって参照点における騒音を消音し、かつ参
照点で検出した消音誤差信号に基づいて前記係数列を適
応変化させるアクティブ消音装置において、安定な消音
動作中の係数列もしくは予め測定した求めた係数列のよ
うな最適な係数列ｈ（ｉ）を保存し、入出力の規定を越
える異常な値や、演算処理中のオーバーフロー等の検出
により、ハウリングの発生等のシステム異常を検出した
場合、予め保存しておいた最適の係数列を呼出し、現在
の係数列と入替え、さらに係数列ｈ（ｉ）と畳込み演算
される騒音信号列ｕ（ｎ）を格納したバッファをクリア
してゼロにすることにより、システムのフィードバック
ループが一瞬断切られるため、ハウリングを瞬時に止め
ることができる。また、係数列ｈ（ｉ）は、上記のとお
り、安定な状態のものと入替えが行なわれるため、瞬時
に消音状態への移行が実現できる。さらに、本発明の実
施においては、従来のアクティブ消音装置のハードウェ
ア構成の変更を必要とせず、コスト面で有利になる他、
制御用のソフトウェアの改良だけで効果的なハウリング
抑制ができ、常に安定な制御が可能なため、従来のアク
ティブ消音システムへの適応性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。
【図２】係数列の制御状態を説明する図である。
【図３】図２における制御の一例のフローチャートであ
る。
【図４】アクティブ消音装置の基本構成図である。
【図５】ハウリング防止を目的とした従来の一例のシス
テム構成図である。
【符号の説明】
１ 騒音源 ３ 騒音検出マイク ５ 消音誤差検出マイク ６ 消音用スピーカ ８ Ｄ／Ａ変換器 ９，１０ Ａ／Ｄ変換器 １１，１２，１３ アンプ １４ ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ） １５ メモリ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 音波検出手段で検出してサンプリングさ
    れた騒音信号列と前記サンプリング毎に適応変化される
    係数列とを畳込み演算する適応フィルタによって消音信
    号を作成し、該消音信号を消音用発音手段に出力し、音
    波干渉によって参照点における騒音を消音し、かつ、参
    照点で検出した消音誤差信号に基づいて前記係数列を前
    記サンプリング毎に適応変化させるアクティブ消音装置
    であって、前記係数列を記憶するための記憶手段と、 所定時間の消音誤差信号の平均電力が前回の消音誤差信
    号の平均電力より小さい場合は、そのときの係数列を前
    記記憶手段に記憶し、所定時間の消音誤差信号の平均電
    力が前回の消音誤差信号の平均電力より大きい場合は、
    前記記憶手段に記憶されている係数列を用いて前記適応
    フィルタに畳込み演算をさせる制御手段とを含む、 アク
    ティブ消音装置。
  2. 【請求項２】 音波検出手段で検出した騒音信号列と逐
    次適応変化される係数列とを畳込み演算する適応フィル
    タによって消音信号を作成し、該消音信号を消音用発音
    手段に出力し、音波干渉によって参照点における騒音を
    消音し、かつ、参照点で検出した消音誤差信号に基づい
    て前記係数列を逐次適応変化させるアクティブ消音装置
    であって、 前記係数列を記憶するための記憶手段と、 前記消音信号が規定の範囲内にあり、前記適応フィルタ
    がオーバーフローしない時、所定時間の消音誤差信号の
    平均電力が前回の消音誤差信号の平均電力より小さい場
    合は、そのときの係数列を前記記憶手段に記憶し、所定
    時間の消音誤差信号の平均電力が前回の消音誤差信号の
    平均電力より大きい場合は、前記記憶手段に記憶されて
    いる係数列を用いて前記適応フィルタに畳込み演算をさ
    せ、 前記消音信号が規定の範囲外にある時、および前記適応
    フィルタがオーバーフローした時のいずれか一方の場合
    は、前記記憶手段に記憶されている係数列を用いて前記
    適応フィルタに畳込み演算をさせる制御手段とを含む、
    アクティブ消音装置。
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