JP3038687B2

JP3038687B2 - 消音方法

Info

Publication number: JP3038687B2
Application number: JP1169554A
Authority: JP
Inventors: 克芳長安
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 2000-05-08
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JPH0335295A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、消音方法に係り、特に状況に応じて係数を
自動変更し、最適な状態で消音する消音方法に関する。

（従来の技術）従来、ある位置での騒音を低減するための装置とし
て、その位置における騒音とは逆相で、大きさの等しい
音波を人工的に発生させ、この人工的に作った音と騒音
とを干渉させることによって騒音を能動的に打ち消すよ
うにした消音装置が知られている。

第６図には機器で発生した騒音が部屋の出入り口から
外部へ漏れるのを防止するために、消音装置を使って出
入り口での騒音を打ち消すようにした例が示されてい
る。すなわち、図中１は騒音を発生する機器を示し、２
は機器１が設置されている部屋を示し、３は部屋２の出
入り口を示し、４は消音装置を示している。

消音装置４は、通常、機器１が発生した騒音をセン
サ、たとえばマイクロンホン10で検出し、この検出信号
を増幅器11、A/D変換器12を介して信号処理装置13に与
え、この信号処理装置13で加工した信号をD/A変換器14
を介して出入り口３の近傍に配置された制御用発音器、
たとえばスピーカ15に与える構成となっている。信号処
理装置13には、マイクロンホン10で検出された音を使っ
て出入り口３での音を最小にするための係数列（インパ
ルスレスポンス）が計算値として予めセットされてい
る。そして、信号処理装置13は、入力信号に上記係数列
を掛けて得られた信号を出力するようにしている。

この出力ｙ（ｎ）は、ただし、ｈ（ｉ）は係数列、Ｘ（ｎ−１）は入力信号
（マイクロホン10からの信号）ｉ番目の直近サンプルデ
ータと表せる。

このような消音装置４を使うことによって、出入り口
３での騒音を能動的に打ち消すことができ、機器１で発
生した騒音が出入り口３から外部に漏れるのを防止する
ことができる。

しかし、係数列の算出基準となる各音響伝達関数は常
に一定とは限らない。この音響伝達関数は、第６図中に
Ｘで示す伝達経路の温度変化や、スピーカ15の特性変化
や、機器１の特性変化などで変化する。たとえば、第７
図（ａ）に示すように機器１で発生した熱で部屋２内の
温度が上昇すると音速が変わる。このように音速が変わ
ると、音響伝達関数が変化する。また、第７図（ｂ）に
示すようにスピーカ15に通電し続けると巻線温度が上昇
して抵抗値が変化し出力が変わる。これよっても音響伝
達関数が変化する。さらに、第７図（ｃ）に示すように
運転時間の経過とともに機器１での騒音発生位置が変わ
ると、これに伴って音響伝達関数が変化する。

このように、音響伝達関数が変化すると、消音を良好
に行うことができなくなる。したがって、良好な消音を
実現するには音響伝達関数の変化に併わせて係数列の値
そのものを変更する必要がある。

そこで、このような問題に対処して最近では、出入り
口３に別のマイクロホン16を設置し、このマイクロホン
16の出力が零になるように係数列の変更を自動的に行な
うようにした、いわゆる適応能動制御機能を備えた消音
装置が提案されている。

この適応能動制御機能を備えた消音装置は、（２）式
にしたがって係数列の変更を一定期間毎に行っている。

h(i)_new＝h(i)_old＋KeX（ｎ−ｉ） …（２）ここで、h(i)_newは更新後のｉ番目のFIRフィルタ係数
（インパルスレスポンス）、h(i)_oldは更新前のｉ番目
のFIRフィルタ係数（インパルスレスポンス）、Ｋはｈ
の変更率を定める定数、ｅは誤差信号（マイクロホン16
からの信号）、Ｘ（ｎ−ｉ）は入力信号（マイクロホン
10からの信号）ｉ番目の直近サンプルデータ、である。

しかしながら、上記のように適応能動制御機能を備え
た消音装置にあっても次のような問題があった。この消
音装置では、通常、係数列の変更を一定期間毎に行うと
ともに、（２）式中のＫの値を一定にして動作させる方
式を採用している。Ｋの値を一定にしているのは、Ｋの
値を変化させる基準が明確でないと言うことによる。し
かし、Ｋの値を一定にしておくと次のような問題を生じ
ることがあった。すなわち、音響伝達係数を決定する物
理系の変化の時定数とＫによるｈの変化の時定数とが同
程度の場合には発振する。また、物理系の変化の時定数
に対してＫによるｈの変化の時定数が大きい場合には、
物理系の変化に追従した制御ができないことになる。ま
た、Ｋを大きくしてｈの変化の時定数を非常に小さくす
ると、制御の安定性が悪くなる。また、予め物理系の変
化が緩やかであることが判明しているときには、Ｋの値
を小さくする必要があるが、Ｋの値を非常に小さくする
とビット落ち等の点から信号を処理する上で問題が生じ
る。したがって、Ｋの値をどの程度に設定するかの選択
が極めて困難であった。また、従来の装置では、一定期
間毎に係数列の変更を行っているが、上記期間を短くし
て変更を頻繁に行い過ぎると制御系の安定性が悪くな
り、また上記期間を長くして変更頻度を小さくすると、
音響伝達関数の変化に追従できなくなる問題もあった。
さらに、従来の装置では、係数同定過程が終了し、収束
した後に外来音が入射すると、誤動作して係数の変更を
行ってしまい、消音効果が減少すると言う問題もあっ
た。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の適応能動制御機能を備えた消音装
置にあっては、係数列の変更率、すなわち制御系の収束
率を常に一定としているため、運転状態・モードによっ
ては、制御系の安定性および収束性が悪化する問題があ
った。

そこで本発明は、運転条件・モードに対応させて制御
系の収束率変更を効率よく適切に行なうことができ、常
に安定した消音制御を行える消音装置を提供することを
目的としている。また、係数同定後には、外乱音などで
誤動作して係数変更を行うことがなく、安定した適応能
動消音制御を行う消音装置を提供することを目的として
いる。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明では、センサで受け
た信号に所定の係数を掛けて制御信号を作り、この制御
信号で発音器を制御して消音対象点での音を打ち消す消
音方法であって、前記係数を固定したままで消音制御を
行う能動消音制御状態と上記消音対象点での制御結果に
対応させて前記係数を適応的に変化させる適応能動消音
制御状態とを運転中に予め定められた条件にしたがった
切換頻度で切換えることを特徴とする消音方法を提供す
る。

ここで、予め定められた条件とは、たとえば運転条件
・モードによって決定される係数の切換頻度や騒音発生
源である機器の運転開始時点からの経過時間によって決
定される係数の切換頻度を意味している。

（作用）通常の適応能動消音制御では、前記した（２）式にし
たがって一定期間毎に係数の更新が行なわれる。本発明
に係る消音方法では、たとえば運転条件・モードによっ
て係数更新の頻度を変えている。このことによって、係
数更新時の収束率Ｋに実質的に変更していることと同等
になる。したがって、運転条件・モードに対応させて自
動的に最適な収束率が選定され、安定性・収束性の両方
を満足する適応能動消音制御が実現される。また、係数
同定後には、外乱音などで誤動作して係数変更を行うこ
とがなく、安定した適応能動消音制御が実現される。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る消音装置21を使っ
て機器１で発生した騒音が部屋２の出入り口３から外部
へ漏れ出すのを防止するようにした例の概略構成が示さ
れている。

消音装置21は次のように構成されている。すなわち、
機器１が発生している騒音または振動を機器１の近傍に
配置された、たとえば加速度ピックアップやマイクロン
ホン等のセンサ22で電気信号に変換し、この信号を増幅
器23、A/D変換器24を介して信号処理装置25に導入して
いる。一方、消音対象点である出入り口３に制御結果の
誤差分を検出するマイクロホン26を配置し、このマイク
ロホン26の出力を増幅器27、A/D変換器28を介して信号
処理装置25に導入している。

信号処理装置25は、内部にセットされている係数列ｈ
（ｉ）をFIR（Finite Impulse Response）フィルタとし
て用いて出力信号を作る。このとき、A/D変換器28の出
力、つまり消音対象点である出入り口３の音圧が零とな
るように適宜、係数列ｈ（ｉ）を更新（変更）する。こ
の更新は前記した（２）式にしたがって行う。具体的に
は、前回の更新値h_mと前前回の更新値h_m-1とを記憶して
おき、（h_m−h_m-1）の絶対値に更新頻度カウンタのカウ
ント値Ｎを掛けた値が予め定めた一定値εより大きくな
った時点、つまり、（｜h_m−h_m-1｜）Ｎ＞ε …（３）になった時点で（２）式を実行して係数列を更新してい
る。なお、更新頻度カウンタは、一定周期のクロックパ
ルスをカウントし、係数列が更新された時点でカウント
値がクリアされるようになっている。

また、この信号処理装置25は次のような機能も備えて
いる。すなわち、機器１の運転開始、停止を制御する運
転制御系31から運転停止指令が導入されたときには、こ
の指令が導入された時点におけるh_m、h_m-1の値を固定し
て記憶保持し、この記憶を完了した時点で記憶完了信号
を運転制御系31に与える。なお、運転制御系31は記憶完
了信号を受信した後に機器１に対して運転停止指令を与
える。また、信号処理装置25は、運転制御系31から運転
再開指令が与えられたときには、先に記憶保持したh_m、
h_m-1を初期値として用いて消音制御を開始するようにし
ている。なお、音源となっている機器の運転停止指令情
報が入力されたときに前記係数を固定保持し、次に機器
の運転再開指令情報が入力されたとき、保持されている
係数を初期値として供給する概念は、通常の能動消音装
置や本発明の適応能動消音装置以外にも適用可能であ
る。

信号処理装置25の出力信号は、D/A変換器29を介して
出入り口３の近傍に配置されたスピーカ30に与えられ、
出入り口３での消音に供される。

次に、上記のように構成された消音装置21の動作を説
明する。

この消音装置21は、未使用状態下ではh_m、h_m-1に相当
する値がセットされていない。したがって、使用開始時
にはh_m、h_m-1に相当する値を人為的にセットするものと
する。

第２図は、この消音装置21を使って出入り口３での騒
音を連続的に消音しているときの処理の流れを示す図で
ある。

まず、センサ22で制御用信号Ｘ（ｎ−ｉ）を取得する
（S₁）。この信号に前回更新された係数列h_m(i)をFIRフ
ィルタとして用いて制御用出力信号ｙ（ｎ）を作り
（S₂）、この信号でスピーカ30より発音させる。
（S₃）。スピーカ30の発音によって、制御対象点である
出入り口３では機器１から到来した音とスピーカ30から
到来した音とが合成される。制御結果が良好であれば出
入り口３での音圧は完全に零となる。しかし、通常は音
圧が完全に零となることは少ない。マイク26で制御結果
としての誤差信号ｅを取得する（S₄）。ｈの変更量h_m−
h_m-1を計算する（S₅）。次に、前記（３）式に基いて係
数更新を行うかどうかを判定する（S₆）。そして、更新
しないと判定したときにはS₂に移行する。したがって、
この場合には同じ係数列h_m(i)を用いて消音制御が続行
される。また、更新すると判定したときには、前記
（２）式に示したKeX（ｎ−ｉ）を出力する（S₇）。KeX
（ｎ−ｉ）が出力されると、係数列更新指令が出され
（S₈）、これによってS₂で用いられる係数列が（２）式
にしたがってh_m+1(i)に更新される。S₂ではh_m+1(i)を用
いてｙ（ｎ）を算出する。以下このような処理が繰返さ
れる。

このような制御方式であると、更新量が大きいときは
頻繁に更新が行なわれ、更新量が小さいときは更新の頻
度は少なくなることになる。したがって、運転条件・モ
ードに対応させて自動的に最適な収束率が選定されこと
になり、安定性・収束性の両方を満足する適応能動消音
制御が実現されることになる。また、係数同定後には、
外来者が入射しても、基本的には（３）式の｜h_m−h_m-1
｜の値が小さいため、誤動作による係数変更を行わな
い、安定な適応能動制御が実現される。

第３図は機器１の運転開始および停止と消音装置21の
動作との関係を示す図である。この消音装置21は、第４
図に示すように機器１が間欠的に運転停止される場合
（たとえばコンプレッサー等）を考慮にいれて構成され
ている。

すなわち、第２図を用いて説明した適応能動消音制御
中（S₁₁）に運転制御系31から運転停止指令が与えられ
ると、その時点において使用している係数列h_m、h_m-1を
固定状態とし、これを記憶装置に記憶させる（S₁₂）。
記憶を完了した時点で記憶完了信号を運転制御系31に与
える。運転制御系31は機器１の運転を停止させる
（S₁₃）。そして、次に運転制御系31から運転再開指令
が与えられると、今まで記憶装置に記憶していた係数列
h_m、h_m-1を初期値として用いて第２図に示した消音制御
動作を開始する。

このような動作方式であると、機器１が運転停止して
いる間中はフィルタ係数列の更新は行なわないので、停
止中にフィルタ係数列にノイズがセットされることもな
い。また、運転再開時に保持されている係数列を初期値
として適応制御を始めるので、ゼロクリアされたりノイ
ズがセットされている係数列を初期値とする場合に比べ
て、収束を早めることができ、条件に合った適応能動消
音状態に速やかに移行させることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。すなわち、上述した実施例では、ｈの変更量h_m−
h_m-1を計算し、この計算値と更新頻度カウンタのカウン
ト値Ｎとを元にしてｈの更新タイミングを決定してい
る。しかし、系によって音響伝達関数に影響を与える要
素の変化が第７図に示したように、運転開始時点から常
に一定の傾向を示す場合がある。このような系を対象と
する場合には、運転開始からの経過時間ｔに基いて、適
応制御を行なう頻度を変更するようにしてもよい。第５
図にはこの方式を採用した消音装置の処理の流れが示さ
れている。

この例ではS₅において、予め特性を記憶させてあるデ
ータベースから経過時間ｔと必要収束量との関係とを読
出し、その経過時間ｔでは係数列更新が指示されている
か否かをS₆で判定させるようにしている。

このような制御方式であると、前記実施例に比べて、
適応特性は若干悪くなるが、装置構成、処理ルーチンを
大幅に簡単化できる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、運転条件に応じた適応
制御の収束率と安定性が比較的簡単に得られ、運転中に
系の伝達関数等が変化する機器における最適な適応能動
消音制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る消音装置の概略構成
図、第２図は同装置で連続的に消音動作を行っていると
きの処理の流れを示す図、第３図は同消音装置と騒音源
である機器の運転停止との動作関係を示す流れ線図、第
４図は機器の運転停止形態の一例を示す図、第５図は本
発明の別の実施例に係る消音装置で連続的に消音動作を
行っているときの処理の流れを示す図、第６図は従来の
消音装置の概略構成図、第７図は音響伝達関数が変化す
る幾つかの理由を説明するための図である。１……騒音源である機器、２……部屋、３……出入り
口、21……消音装置、22……センサ、26……マイクロホ
ン、23、27……増幅器、24、28……A/D変換器、25……
信号処理装置、29……D/A変換器、30……スピーカ、31
……運転制御系。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】センサで受けた信号に所定の係数を掛けて
制御信号を作り、この制御信号で発音器を制御して消音
対象点での音を打ち消す消音方法であって、前記係数を固定したままで消音制御を行う能動消音制御
状態と上記消音対象点での制御結果に対応させて前記係
数を適応的に変化させる適応能動消音制御状態とを運転
中に予め定められた条件にしたがった切換頻度で切換え
ることを特徴とする消音方法。
【請求項２】運転条件・モードに対応させて前記切換頻
度を変えていることを特徴とする請求項１に記載の消音
方法。
【請求項３】制御開始時点からの経過時間に対応させて
前記切換頻度を変えていることを特徴とする請求項１に
記載の消音方法。
【請求項４】音源となっている機器の運転停止指令情報
が入力されたときに前記係数を固定保持し、次に機器の
運転開始指令情報が入力されたときに保持されている係
数を初期値として供給することを特徴とする請求項１に
記載の消音方法。