JP3439228B2 - Noise canceling device - Google Patents

Noise canceling device

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JP3439228B2
JP3439228B2 JP29125692A JP29125692A JP3439228B2 JP 3439228 B2 JP3439228 B2 JP 3439228B2 JP 29125692 A JP29125692 A JP 29125692A JP 29125692 A JP29125692 A JP 29125692A JP 3439228 B2 JP3439228 B2 JP 3439228B2
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健治 今井
哲 金森
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は騒音キャンセル装置に係
わり、特に騒音キャンセル点(観測点)における騒音と
キャンセル音との合成音を高S/N比、高ダイナミック
レンジで検出して適応信号処理部に入力できる騒音キャ
ンセル装置に関する。 【0002】 【従来の技術】騒音対策としては、従来より吸音材を用
いる方法(パッシブ制御)が知られている。しかし、吸
音材を用いる方法では、騒音が小さい静音エリアを形成
するのが面倒であると共に、低音を効果的に消せない問
題がある。特に、自動車の車室内の騒音を防止するに
は、自動車の重量が増大すると共に、騒音を効果的に消
せない問題がある。このため、騒音と逆位相の騒音キャ
ンセル音をスピ−カから放射して騒音を低減する方法
(アクティブ制御)が脚光を浴び、工場やオフィスなど
の室内空間の一部に実用化されつつある。又、自動車の
車室内においてもアクティブ制御により騒音を低減する
方式が提案されている。 【0003】図2は従来の騒音キャンセルを実現する装
置の構成図であり、11は騒音源であるエンジン、12
はエンジン回転数Rを検出する回転数センサ、13はエ
ンジン回転数Rに応じた周波数を有する一定振幅の正弦
波信号を参照信号xa1nとして発生する参照信号発生部
である。騒音源がエンジンの場合、エンジン回転により
発生するノイズは周期性を有し(周期性ノイズ)、その
周波数はエンジン回転数に依存する。例えば、4気筒エ
ンジンの場合、車室内に発生する周期性ノイズはエンジ
ン回転数の2次高調波が支配的であり、回転数が600
rpm(10rps)の時、車室内に発生するノイズの
周波数は20Hz、回転数が6000rpm(100r
ps)の時、車室内に発生するノイズの周波数は200
Hzである。参照信号発生部13は、2次高次調波の正
弦波データをROMに記憶しておき、そのデータを必要
に応じて読み出して出力することにより参照信号xa1n
を生成する。尚、このデータの読み出し/出力タイミン
グはエンジン回転数Rに応じてコントロールされ、これ
によりエンジン回転数Rに応じて発生する周期性ノイズ
の周波数を有する参照信号が出力されるようになってい
る。 【0004】14は騒音キャンセルコントローラであ
り、参照信号発生部13から発生する参照信号xa1n
入力されると共に、車室内の騒音キャンセル位置(観測
点であり例えば運転者の耳元近傍)における騒音Sn1
キャンセル音Sc1の合成音信号をエラ−信号e1nとして
入力され、該エラ−信号が最小となるように適応信号処
理を行って騒音キャンセル信号ya1nを出力する。騒音
キャンセルコントローラ14は、適応信号処理部14a
と、デジタルフィルタ構成の適応フィルタ14bと、ス
ピーカから騒音キャンセル点までのキャンセル音伝搬系
(二次音伝搬系)の伝達関数に基づいて作成され、参照
信号xa1nが入力されるフィルタ14cを有している。
15は適応フィルタ出力(騒音キャンセル信号ya1n
をアナログの騒音キャンセル信号に変換するDAコンバ
ータ、16は騒音キャンセル信号を増幅するパワ−アン
プ、17は騒音キャンセル音Sc1を放射するキャンセル
スピ−カ、18は騒音キャンセル点に配置され、騒音S
n1とキャンセル音Sc1の合成音を検出し、合成音信号を
エラ−信号e1nとして出力するエラ−マイク、19はエ
ラー信号e1nを増幅するアンプ、20は周期性ノイズの
帯域外の騒音信号を除去するローパスフィルタ、20′
はローパスフィルタ出力をデジタルに変換するADコン
バータである。 【0005】適応信号処理部14aは騒音キャンセル点
におけるエラー信号e1nとフィルタ14cを介して入力
される信号処理用の参照信号R11を入力され、これら信
号を用いて騒音キャンセル点における騒音をキャンセル
するように適応信号処理を行って適応フィルタ14bの
係数を決定する。例えば適応信号処理部14aは周知の
LMS(Least Mean Square)適応アルゴリズムに従っ
て、エラ−マイク18から入力されたエラ−信号e1n
最小となるように適応フィルタ14bの係数を決定す
る。適応フィルタ14bは適応信号処理部14aにより
決定された係数に従って参照信号xa1nにデジタルフィ
ルタ処理を施してDAコンバータ15より騒音キャンセ
ル信号ya1nを出力する。尚、参照信号xa1nは、消去し
たい騒音 Sn1と相関の高い信号でなくてはならず、参
照信号と相関のない音は消去されない。エンジン11が
回転すると、その回転数Rは回転数センサ12により検
出され、参照信号発生部13はエンジン回転数Rに応じ
た周波数の参照信号xa1n(図3(a)参照)を発生し、騒
音キャンセルコントローラ14に入力する。この時、エ
ンジン11から発生した周期性を有するエンジン音(周
期性ノイズ)は、所定の伝達関数を有する騒音伝搬系
(一次音伝搬系)を有する空中を伝播して騒音キャンセル
点に至る。従って、該騒音キャンセル点における騒音
(エンジン音)Sn1はレベルが若干弱まり、かつ若干遅
延して図3(b)に示すようになる。 【0006】最初、騒音キャンセルコントローラ14は
例えば参照信号xa1nと位相が逆の騒音キャンセル信号
a1nを出力し、キャンセルスピ−カ16より図3(c)に
示すキャンセル音Sc1を出力する。しかし、騒音Sn1
レベルと位相がずれているため、キャンセル音Sc1によ
り騒音はキャンセルされず、エラ−信号e1nが発生す
る。騒音キャンセルコントローラ14は該エラ−信号e
1nが最小となるように適応信号処理を行って適応フィル
タ14bの係数を決定し、理想的な場合、最終的に図3
(d)に示すようにキャンセル音Sc1の位相を騒音Sn1
位相と逆相にし、かつレベルを一致させ騒音をキャンセ
ルする。 【0007】以上は説明を簡単にするために、騒音源を
1個、キャンセル音発生源(スピーカ)を1個、騒音キ
ャンセル点(観測点)を1箇所とした例である。しか
し、実際には騒音源は複数存在し、又、騒音をキャンセ
ルしたい地点(観測点)も複数存在し、このため1つの
スピーカでは各観測点の騒音をキャンセルできず、スピ
ーカも複数存在する。図4は騒音源がK個、スピーカが
M個、観測点がL箇所の場合における従来の騒音キャン
セル装置の構成図である。21は各観測点における騒音
をキャンセルするように動作するDSP(デジタル・シ
グナル・プロセッサ)構成の騒音キャンセルコントロー
ラ、22は各騒音源(図示せず)から各観測点まで騒音
が伝搬する系を表現した一次音仮想伝搬系(騒音伝搬
系)、23はスピーカの特性を含め、各スピーカから各
観測点までのキャンセル音が伝搬する系を表現する二次
音伝搬系(キャンセル音伝搬系)、24は各観測点にお
けるマイクの機能を表現する信号合成部で、加算部24
1〜241′は第1観測点におけるマイクに相当し、加算
部242〜242′は第2観測点におけるマイクに相当
し、・・・加算部24L〜24L′は第L観測点における
マイクに相当する。dd1n〜ddLnは各観測点におけるキ
ャンセル対象でない外部雑音である。尚、DAコンバ−
タ、ADコンバータ等は省略している。 【0008】騒音キャンセルコントローラ21はDSP
で構成され、多入力−多出力適応フィルタ(以後単に適
応フィルタと言う)21aと、フィルタードX信号作成
用フィルタ21bと、適応信号処理部21cとに分けら
れる。適応フィルタ21aは参照信号発生部(図示せ
ず)から入力された参照信号xa1n〜xaKnに所定のフィ
ルタリング処理を施して騒音キャンセル信号ya1n〜y
aMnを発生し、該騒音キャンセル信号を各スピーカに入
力する。フィルタードX信号作成用フィルタ21bは参
照信号xa1n〜xaKnに二次音伝搬系23の伝達関数マト
リックスの各要素(伝搬要素)を畳み込んで信号処理用
の参照信号(フィルタードX信号)r111n〜rLMKnを出
力する。適応信号処理部21cは各観測点におけるエラ
ー信号e1n〜eLnとフィルタ21bから出力されるフィ
ルタードX信号r111n〜rLMKnを入力され、これら信号
を用いて各観測点における騒音をキャンセルするように
適応信号処理を行って適応フィルタ21aの係数を決定
する。 【0009】図5は一次音仮想伝搬系22の説明図であ
り、図5(a)に示すようにK個の各騒音源NG1〜NGK
から発生する騒音は所定の周波数・位相特性を有する一
次音伝搬系22を伝搬して各観測点に設けたマイク(M
IC1〜MICL)に到達する。従って、第i番目の騒音
源NGiからの騒音が第j番目のマイクMICjに到る伝
搬系の伝達特性をHjiとすると、一次音仮想伝搬系22
は図5(b)に示すように表現され、その伝達関数マトリ
ックス(H)は以下のようになる。 【0010】 【数1】 【0011】伝達関数マトリックス(H)の各要素Hij
図6に示すFIR型デジタルフィルタによりモデル化さ
れる。すなわち、入力信号を順次1サンプリング時間遅
延する遅延要素DLと、各遅延要素出力に係数h0
1,h2,・・・を乗算する乗算部MLと、乗算部出力
を加算する加算部ADより成るデジタルフィルタでモデ
ル化される。図7は二次音伝搬系23の説明図であり、
図7(a)に示すように各スピーカSP1〜SPMから発生
する騒音キャンセル音は所定の周波数・位相特性を有す
る二次音伝搬系23を伝搬して各観測点に設けたマイク
MIC1〜MICLに到達する。従って、第i番目の騒音
キャンセル信号yainに基づくキャンセル音が第j番目
のマイクMICjに到る二次音伝搬系の伝達特性をCji
とすると、二次音伝搬系23は図7(b)に示すようにモ
デル化され、その伝達関数マトリックス(C)は以下のよ
うになる。 【0012】 【数2】 【0013】伝達関数マトリックス(C)の各要素は一次
音仮想伝搬系22の場合と同様に、図6に示すFIR型
デジタルフィルタによりモデル化される。すなわち、入
力信号を順次1サンプリング時間遅延する遅延要素DL
と、各遅延要素出力に係数c 0,c1,c2,・・・を乗
算する乗算部MLと、各乗算部出力を加算する加算部A
Dより成るデジタルフィルタでモデル化される。図8は
二次音伝搬系23の伝達関数マトリックス(C)の各要素
ijを用いて作成したフィルタードX信号作成用フィル
タ21bの構成図である。適応信号処理部21cは参照
信号xa1n〜xaKnと、各観測点における騒音とキャンセ
ル音との合成信号(エラー信号)e1n〜eLnとに基づい
て適応信号処理を実行して適応フィルタの係数を更新
し、適応フィルタ21aは参照信号xa1n〜xaKnを入力
されて騒音キャンセル信号ya1n〜yaMnを発生してスピ
ーカに入力し、各観測点の騒音をキャンセルする。 【0014】ところで、適応フィルタ21aから出力さ
れる騒音キャンセル信号ya1n〜ya Mnは観測点にそのま
ま到達するのでなく、二次音伝搬系23の周波数・位相
特性の影響を受けて到達する。このため、適応信号処理
部21cは、参照信号xa1n〜xaKnをそのまま使用せ
ず、参照信号に二次音伝搬系23の特性を付加した信号
を用いるフィルタードX LMS(MEFX LMS)ア
ルゴリズムを採用し、より高度な騒音キャンセル制御を
行っている。すなわち、フィルタードX LMSアルゴ
リズムでは、参照信号xa1n〜xaKnをフィルタ21bに
よりフィルタリングした信号(フィルタードX信号)と
各観測点におけるエラー信号とを用いて適応フィルタ2
1aの係数更新を行う。 【0015】図8において、Cijは二次音伝搬系23に
おける伝達関数マトリックス(C)の各要素Cij(図7
参照)を実現するFIR型デジタルフィルタである。フ
ィルタ21bは各参照信号xa1n〜xaKnに全ての伝搬要
素の特性を畳み込んで(全ての伝搬要素に対応するフィ
ルタを通過させて)フィルタードX信号r111n〜rLM Kn
を出力するようになっている。すなわち、参照信号x
a1nに第1番目のスピーカから全観測点までの伝搬要素
11〜CL1を作用させてフィルタードX信号r11 1n〜r
L11nを出力し、参照信号xa1nに第2番目のスピーカか
ら全観測点までの伝搬要素C12〜CL2を作用させてフィ
ルタードX信号r121n〜rL21nを出力し、・・・参照信
号xa1nに第M番目のスピーカから全観測点までの伝搬
要素C1M〜CLMを作用させてフィルタードX信号r1M1n
〜rLM1nを出力し、以下同様に、参照信号xa2n〜xaKn
に全ての伝搬要素を作用させる。尚、 R11=(r111n,r211n,・・・rL11n) R21=(r121n,r221n,・・・rL21n) ・・・ RM1=(r1M1n,r2M1n,・・・rLM1n) ・・・ RMK=(r1MKn,r2MKn,・・・rLMKn) と表現する。 【0016】図9は多入力−多出力の適応フィルタ21
aの構成図であり、一次音仮想伝搬系22や二次音伝搬
系23と同様の構造を有している。A11n〜AMKnはFI
R型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信号を
順次1サンプリング時間遅延する遅延要素DL1、Dl
2・・と、各遅延要素出力に係数a0,a1,a2・・を
乗算する乗算部ML1,ML2,ML3・・と、各乗算
部出力を加算する加算部AD1,AD2・・で実現され
る。尚、遅延段数は2段に限らない。各参照信号xa1n
〜xaKnをデジタルフィルタA11n〜A1Knに入力して加
算することにより第1番目のスピーカに入力する騒音キ
ャンセル信号ya1nが得られ、各参照信号xa1n〜xaKn
をデジタルフィルタA21n〜A2Knに入力して加算するこ
とにより第2番目のスピーカに入力する騒音キャンセル
信号ya2nが得られ、・・・・各参照信号xa1n〜xaKn
をデジタルフィルタAM1n〜AMKnに入力して加算するこ
とにより第M番目のスピーカに入力する騒音キャンセル
信号yaMnが得られる。 【0017】適応フィルタ21aにおける各FIR型デ
ジタルフィルタA11n〜AMKnを3個の係数(2段遅延)
で構成する時、適応信号処理部21cは各FIR型デジ
タルフィルタA11n〜AMKnの3つの係数毎に適応信号処
理を行って係数値を決定する。すなわち、1つのFIR
型デジタルフィルタAijの係数a0,a1,a2について
以下に示す係数更新式の演算を行って係数a0,a1,a
2を決定する。 【0018】 【数3】 【0019】(1)式において、(n)は現サンプリング時刻
の値、(n-1)は1サンプリング時刻前の値、(n-2)は2サ
ンプリング時刻前の値、(n+1)は現時刻から次サンプリ
ング時刻までの値を意味している。従って、Rij(n-2)は
2サンプリング時刻前の参照信号に応じたフィルタ21
bの出力を意味し、Rij(n-1)は1サンプリング時刻前の
参照信号に応じたフィルタ出力であり、Rij(n)は現時刻
の参照信号に応じたフィルタ出力である。又、μは適応
フィルタの係数を更新するステップを決める1以下の定
数(ステップサイズパラメータ)であり、騒音キャンセ
ルシステムに応じて適当な値に設定される。尚、ステッ
プサイズパラメータμの値は大きい程適応フィルタの係
数が最適値に近ずく速度が早くなり追従性が良くなる
が、近ずいてからオーバシュートが発生して安定性が低
下する。又、ステップサイズパラメータμの値は小さい
程最適係数値に近ずく速度が遅くなり追従性が悪くなる
が、最適値に近ずいてからのオーバシュートが小さく安
定性が良好となる。enはL個の各観測点における騒音
とキャンセル音の合成音信号であり、Rij,enはそれ
ぞれ以下のように表現される。 Rij=(r1ijn,r2ijn,・・・rLijn) Rij(n) =(C1i,C2i,C3i,・・・,CLi)xajn(n) Rij(n-1)=(C1i,C2i,C3i,・・・,CLi)xajn(n-1) Rij(n-2)=(C1i,C2i,C3i,・・・,CLi)xajn(n-2) 【0020】 【数4】 【0021】かかる騒音キャンセル装置によれば、適応
信号処理部21cはフィルタ21bの出力であるフィル
タードX信号r111n〜rLMKnと、各観測点における騒音
とキャンセル音との合成音信号(エラー信号)e1n〜e
Lnとに基づいて適応信号処理を実行して適応フィルタ2
1aを構成する各FIR型デジタルフィルタA11n〜A
MKnの係数を決定し、適応フィルタ21aは参照信号x
a1n〜xaKnを入力されて騒音キャンセル信号ya1n〜y
aMnを発生してスピーカSP1〜SPM(図7)に入力
し、各スピーカはキャンセル音を発生して各観測点の騒
音をキャンセルするように作用する。 【0022】図10は騒音源数K=1、スピーカ数M=
2、観測点数(マイク数)L=2の場合の具体的な騒音
キャンセル装置の構成図であり、例えば、自動車の前の
2つの座席(運転席と助手席)におけるエンジン音をキ
ャンセルするために用いられるものである。21aは2
つのFIR型デジタルフィルタA11n,A21nで構成され
た適応フィルタ、21bは二次音伝搬系の伝達関数マト
リックス(C)の各伝搬要素C11,C21,C12,C22
デジタルフィルタで構成したフィルタードX信号作成用
フィルタ、21c-1〜21c-2は適応信号処理部(MEFX
LMSアルゴリズム)、SP 1,SP2は各座席の下方に
設けたスピーカ、MC1,MC2は各観測点(搭乗者の耳
元近傍)に設置されたマイクである。各適応信号処理
部、適応フィルタ、フィルタードX信号作成用フィルタ
の演算は1つのDSP(デジタル・シグナル・プロセッ
サ)により実行される。 【0023】図11は騒音源数K=1、スピーカ数M=
4、観測点数(マイク数)L=4の場合の具体的な従来
の騒音キャンセル装置の構成図であり、自動車の前後左
右4座席におけるエンジン音をキャンセルするものであ
る。21aは4つのFIR型デジタルフィルタA11n
21n,A12n,A22nで構成された適応フィルタ、21
bは二次音伝搬系の伝達関数マトリックス(C)の各伝
搬要素C11〜C41,C12〜C42,C13〜C43,C14〜C
44をデジタルフィルタで構成したフィルタードX信号作
成用フィルタ、21c-1〜21c-4は適応信号処理部(MEF
X LMSアルゴリズム)、SP1,SP2,SP3,S
4はスピーカ、MC1,MC2,MC3,MC4は観測点
に設置されたマイクである。各適応信号処理部、適応フ
ィルタ、フィルタードX信号作成用フィルタの演算は1
つのDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)により
実行される。 【0024】 【発明が解決しようとする課題】以上の騒音キャンセル
装置では、騒音キャンセル点における騒音とキャンセル
音との合成音であるエラー信号をマイクアンプで増幅
後、AD変換して騒音キャンセルコントローラに入力す
る。このマイクアンプのゲインはS/N比の点で、でき
るだけ高い設定が望ましいが、ゲインを大きくすると、
ADコンバータ等のダイナミックレンジを越え、波形ク
リップ等の歪を生じる。このため、従来装置ではゲイン
を大きくできず、S/N比の良い高精度の合成音信号を
騒音キャンセルコントローラに入力できない問題があっ
た。以上から本発明の目的は、S/N比が良好で、しか
も、幅広いダイナミックレンジの合成音信号を騒音キャ
ンセルコントローラに入力できる騒音キャンセル装置を
提供することである。 【0025】 【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、騒音キャンセルコントローラをデジタル・シグナ
ル・プロセッサ(DSP)で構成すると共に、ゲイン可
変のアンプと、アンプ出力をデジタルデータに変換して
デジタル・シグナル・プロセッサに入力するADコンバ
ータと、ADコンバータの入力信号がそのダイナミック
レンジを越えないようにゲイン可変アンプのゲインを制
御すると共に、DSPのスケーリング定数をゲイン変化
方向と逆方向に制御するコントローラとにより達成され
る。 【0026】 【作用】コントローラはADコンバータの入力信号がそ
のダイナミックレンジを越えないようにゲイン可変アン
プのゲインを制御すると共に、DSPのスケーリング定
数をゲイン変化方向と逆方向に制御する。すなわち、コ
ントローラはアンプのゲインを1/n倍するように指示
すると、DSPにはADコンバータから入力された数値
をn倍するように指示する。これにより、マイクから適
応信号処理部までのゲインGを一定にでき、また、ゲイ
ンGを大きくしてもダイナミックレンジを越えることが
なく、高S/N比、高ダイナミックレンジの合成音信号
を騒音キャンセルコントローラの信号処理部に入力でき
る。 【0027】 【実施例】図1は本発明の騒音キャンセル装置の実施例
構成図である。全体の構成 図中、31は騒音源であるエンジン、32はエンジン回
転数Rを検出する回転数センサ、33はエンジン回転数
Rに応じた2次高調波の正弦波信号を参照信号xa1n
して出力する参照信号発生部である。。34は車室内の
騒音キャンセル位置(観測点)におけるエンジン音をキ
ャンセルするための適応信号処理を行うDSP構成の騒
音キャンセルコントローラであり、参照信号発生部33
から発生する参照信号xa1nを入力されると共に、車室
内の騒音キャンセル点における騒音Sn1とキャンセル音
Sc1の合成音信号をエラ−信号e1nとして入力され、該
エラ−信号が最小となるように適応信号処理を行って騒
音キャンセル信号ya1nを出力する。騒音キャンセルコ
ントローラ34は、適応信号処理部34aと、デジタル
フィルタ構成の適応フィルタ34bと、スピーカから騒
音キャンセル点までのキャンセル音伝搬系(二次音伝搬
系)の伝達関数に基づいて作成され、参照信号xa1n
入力されるフィルタードX信号作成用フィルタ34c
と、数値データを指示に従ってn倍して適応信号処理部
34aに渡すスケーリング部34dを有している。 【0028】35は適応フィルタ出力(騒音キャンセル
信号ya1n)をアナログの騒音キャンセル信号に変換す
るDAコンバータ、36は騒音キャンセル信号を増幅す
るパワ−アンプ、17は騒音キャンセル音Sc1を放射す
るキャンセルスピ−カ、38は騒音キャンセル点に配置
され、騒音Sn1とキャンセル音Sc1の合成音を検出し、
合成音信号をエラ−信号e1nとして出力するエラ−マイ
ク、39はエラー信号e1nを増幅するゲイン可変のマイ
クアンプで、プログラマブルにゲインを可変できるも
の、40は周期性ノイズの帯域外の騒音信号を除去する
ローパスフィルタ、41はローパスフィルタ出力をデジ
タルデータに変換してDSP構成の騒音キャンセルコン
トローラに入力するADコンバータ、42はゲインアン
プ39のゲインG及びスケーリング部34dのスケーリ
ング定数Sを制御するゲインコントロール部である。 【0029】適応信号処理部 適応信号処理部34aは騒音キャンセル点におけるエラ
ー信号e1nとフィルタ34cを介して入力される信号処
理用の参照信号を入力され、これら信号を用いて騒音キ
ャンセル点における騒音をキャンセルするように適応信
号処理を行って適応フィルタ34bの係数を決定する。
例えば適応信号処理部34aは周知のLMS(Least Mea
n Square)適応アルゴリズムに従って、エラ−マイク3
8から入力されたエラ−信号e1nが最小となるように適
応フィルタ34bの係数を決定する。適応フィルタ34
bは適応信号処理部34aにより決定された係数に従っ
て参照信号xa1nにデジタルフィルタ処理を施してDA
コンバータ35より騒音キャンセル信号ya1nを出力す
る。 【0030】ゲインコントロール部 ゲインコントロール部42は、ADコンバータ41の出
力データを入力され、該データに基づいてADコンバー
タ41への入力信号がそのダイナミックレンジを越えな
いようにゲイン可変アンプ39のゲインを制御すると共
に、DSPのスケーリング定数Sをゲイン変化方向と逆
方向に制御する。例えば、ゲインコントロール部にAD
コンバータの出力値とダイナミックレンジを越えないよ
うにするゲイン制御変数nとの対応関係を予め種々設定
しておき、ADコンバータ出力値に基づいてゲイン制御
変数nを求め、アンプ39のゲインを1/n倍するよう
に指示すると共にスケーリング部34dにADコンバー
タ41から入力される数値をn倍するように指示する。
以上により、エラーマイク38から適応信号処理部34
aまでのトータルのゲインGを一定にでき、また、この
ゲインGを大きくしてもダイナミックレンジを越えない
ようにできる。 【0031】全体の動作 エンジン31が回転すると、その回転数Rは回転数セン
サ32により検出され、参照信号発生部33はエンジン
回転数Rに応じた周波数の参照信号xa1nを発生し、騒
音キャンセルコントローラ34に入力する。この時、エ
ンジン31から発生した周期性を有するエンジン音(周
期性ノイズ)は、所定の伝達関数を有する騒音伝搬系
(一次音伝搬系)を有する空中を伝播して騒音キャンセル
点に至る。騒音キャンセル点における騒音とキャンセル
音の合成音(エラー信号)はエラーマイク38により検
出され、ゲイン可変アンプ39に入力される。ゲイン可
変アンプ39はエラー信号e1nを増幅し、ローパスフィ
ルタ40を介してADコンバータ41に入力する。尚、
最初、ゲイン可変アンプ39のゲインは初期値Gに設定
されている。ADコンバータ41は入力されたエラー信
号をデジタルに変換し、スケーリング部34dに入力す
る。初期時、スケーリング定数Sは1であるから、該デ
ジタルデータをそのまま適応信号処理部34aに入力す
る。 【0032】以上と並行してフィルタードX信号作成用
フィルタ34cは参照信号xa1nを入力され、LMS適
応信号処理に用いるフィルタードX信号を生成して適応
信号処理部34aに入力する。適応信号処理部34aは
エラー信号とフィルタードX信号を用いて(1)式に従っ
てLMS適応信号処理を行い、適応フィルタ34bの係
数を決定する。適応フィルタ34bは適応信号処理部3
4aにより決定された係数に従って参照信号xa1nにデ
ジタルフィルタ処理を施して騒音キャンセル信号ya1n
をDAコンバータ35に入力する。DAコンバータ35
は騒音キャンセル信号ya1nをDA変換してパワーアン
プ36を介してスピーカ37に入力する。これにより、
スピーカ37から騒音キャンセル音が出力され、二次音
伝搬系を介して騒音キャンセル点に到り、騒音をキャン
セルするように作用する。以後、上記動作が繰り返され
て騒音は速やかにキャンセルされる。 【0033】以上において、エラー信号e1nが大きくな
ってADコンバータ41の出力値が大きくなると、ゲイ
ンコントロール部42はADコンバータの入力信号がダ
イナミックレンジを越えないように、ゲイン可変アンプ
39にゲインを1/nに減少するよう指示すると共に、
スケーリング部34dにスケーリング定数Sをn倍する
ように指示する。これにより、ゲイン可変アンプ39は
エラー信号e1nをゲインG/n(<G)で増幅するた
め、増幅後のエラー信号はADコンバータ41のダイナ
ミックレンジを越えず、ひずむことなく正しくAD変換
されて騒音キャンセルコントローラ34に入力される。
騒音キャンセルコントローラ34のスケーリング部34
dはスケーリング定数S(=n)で入力された数値デー
タをスケーリング(S倍)して適応信号処理部34aに
入力する。又、エラー信号e1nが小さくなってADコン
バータ41の出力値が小さくなると、逆にゲイン可変ア
ンプ39にゲインをm倍するよう指示すると共に、スケ
ーリング部34dにスケーリング定数Sを1/mにする
ように指示する。以上より、エラーマイク38から適応
信号処理部34aまでのトータルのゲインGを常に一定
にでき、また、このゲインGを大きくしてもダイナミッ
クレンジを越えないようにできる。 【0034】以上では、ADコンバータ出力に基づいて
ゲインやスケーリング定数を制御したが、スケーリング
部の出力やゲイン可変アンプの出力に基づいて制御する
こともできる。以上、本発明を実施例により説明した
が、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い
種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するも
のではない。 【0035】 【発明の効果】以上本発明によれば、ADコンバータ入
力電圧値がそのダイナミックレンジを越えないようにゲ
イン可変アンプのゲインを制御すると共に、DSPのス
ケーリング定数をゲイン変化方向と逆方向に制御するよ
うに構成したから、マイクから適応信号処理部までのト
ータルのゲインGを一定にでき、また、ゲインGを大き
くしてもダイナミックレンジを越えないようにでき、高
S/N比、高ダイナミックレンジの合成音信号を騒音キ
ャンセルコントローラの信号処理部に入力することがで
きる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a noise canceling device.
In particular, the noise at the noise cancellation point (observation point)
High S / N ratio and high dynamic sound synthesized with cancel sound
Noise cap that can be detected in the range and input to the adaptive signal processor
The present invention relates to a cancel device. [0002] 2. Description of the Related Art As a countermeasure against noise, a sound absorbing material is conventionally used.
(Passive control) is known. But sucking
In the method using sound material, a quiet area with low noise is formed.
Is difficult to perform and bass cannot be effectively eliminated.
There is a title. In particular, to prevent noise in the cabin of a car
Increases the weight of the car and effectively reduces noise.
There is a problem that can not be done. As a result, the noise capa
Method to reduce noise by emitting cancel sound from speaker
(Active control) is in the limelight, such as factories and offices
Is being put to practical use in some indoor spaces. In addition,
Active control reduces noise even in the passenger compartment
A scheme has been proposed. FIG. 2 shows a conventional device for realizing noise cancellation.
FIG. 11 is a configuration diagram of an installation, where 11 is an engine that is a noise source,
Is a rotation speed sensor for detecting the engine rotation speed R, and 13 is an air speed sensor.
Constant amplitude sine having a frequency corresponding to the engine speed R
Wave signal to reference signal xa1nReference signal generator generated as
It is. If the noise source is an engine,
The generated noise has periodicity (periodic noise),
The frequency depends on the engine speed. For example, 4-cylinder d
In the case of an engine, the periodic noise generated in the cabin is engineered.
The second harmonic of the rotation speed is dominant, and the rotation speed is 600
At 10 rpm, the noise generated in the cabin
The frequency is 20 Hz, and the rotation speed is 6000 rpm (100 rpm).
ps), the frequency of the noise generated in the vehicle interior is 200
Hz. The reference signal generating unit 13 outputs a positive second harmonic signal.
Sine wave data is stored in ROM, and that data is needed
Is read and output according to the reference signal x.a1n
Generate In addition, read / output timing of this data
Is controlled according to the engine speed R.
Noise generated according to the engine speed R
A reference signal having a frequency of
You. [0004] 14 is a noise canceling controller.
The reference signal x generated from the reference signal generator 13a1nTo
As well as the noise cancellation position in the vehicle interior (observation
Point Sn, for example, near the driver's ear)1When
Cancel sound Sc1Error signal e1nAs
Adaptive signal processing so that the error signal is minimized.
Noise canceling signal ya1nIs output. noise
The cancel controller 14 includes an adaptive signal processing unit 14a
An adaptive filter 14b having a digital filter configuration;
Cancellation sound propagation system from peaker to noise cancellation point
Created based on the transfer function of (secondary sound propagation system) and referenced
Signal xa1nIs input to the filter 14c.
15 is an adaptive filter output (noise canceling signal ya1n)
Converter that converts the signal into an analog noise cancellation signal
And 16 are power amplifiers for amplifying the noise canceling signal.
17 is the noise canceling sound Sc1Radiating cancel
The speaker 18 is located at the noise canceling point, and the noise S
n1And cancel sound Sc1Detects the synthesized sound of
Error signal e1nError microphone, and 19 is
Signal e1nAmplifier 20 amplifies the periodic noise
Low-pass filter for removing out-of-band noise signals, 20 '
Is an AD converter that converts the low-pass filter output to digital
It is Bata. [0005] The adaptive signal processing section 14a has a noise canceling point.
Error signal e at1nAnd input via filter 14c
Reference signal R for signal processing11Is entered and these
The noise at the noise cancellation point using the signal
Adaptive signal processing so that the adaptive filter 14b
Determine the coefficient. For example, the adaptive signal processing unit 14a is a well-known
According to LMS (Least Mean Square) adaptation algorithm
The error signal e input from the error microphone 181nBut
Determine the coefficient of the adaptive filter 14b so as to minimize it
You. The adaptive filter 14b is controlled by the adaptive signal processing unit 14a.
The reference signal x according to the determined coefficienta1nDigital filter
Noise reduction from DA converter 15
Signal ya1nIs output. Note that the reference signal xa1nErase
Want noise Sn1Signals must be highly correlated with
Sounds that have no correlation with the illumination signal are not eliminated. Engine 11
When rotated, the rotation speed R is detected by the rotation speed sensor 12.
And the reference signal generating unit 13 responds according to the engine speed R.
Reference signal xa1n(See Fig. 3 (a))
Input to the sound cancel controller 14. At this time,
Engine sound (peripheral) generated from the engine 11
Periodic noise) is a noise propagation system having a predetermined transfer function.
Noise cancellation by propagating through the air with (primary sound propagation system)
To the point. Therefore, the noise at the noise cancellation point
(Engine sound) Sn1Is slightly weaker and slightly slower
As shown in FIG. First, the noise cancellation controller 14
For example, the reference signal xa1nNoise cancellation signal with opposite phase
ya1nIs output from the cancel speaker 16 as shown in FIG.
Show cancel sound Sc1Is output. However, the noise Sn1of
Since the level and the phase are shifted, the cancel sound Sc1By
Noise is not canceled and the error signal e1nOccurs
You. The noise cancellation controller 14 receives the error signal e.
1nAdaptive signal processing is performed to minimize
The coefficient of the data 14b is determined.
As shown in (d), the cancel sound Sc1The phase of the noise Sn1of
Cancel the noise by making the phase opposite to the phase and matching the level
To For the sake of simplicity, the noise source is described above.
One cancel sound source (speaker)
This is an example in which one cancel point (observation point) is set. Only
However, there are actually multiple noise sources, and
There are several points (observation points) that we want to
The speaker cannot cancel the noise at each observation point,
There are multiple manufacturers. Figure 4 shows K noise sources and speakers
Conventional noise canceling with M observation points and L observation points
It is a block diagram of a cell apparatus. 21 is the noise at each observation point
DSP (Digital System) that operates to cancel
Noise canceling control with a signal processor
La and 22 indicate the noise from each noise source (not shown) to each observation point.
A primary sound virtual propagation system (a noise propagation
), 23 are each from each speaker, including the characteristics of the speakers.
Second order representing the system in which the cancellation sound propagates to the observation point
Sound propagation system (cancellation sound propagation system), 24 at each observation point
A signal synthesizer that expresses the function of a microphone that
1~ 241'Corresponds to the microphone at the first observation point,
Part 24Two~ 24Two'Corresponds to the microphone at the second observation point
..., Adding section 24L~ 24L'At the L-th observation point
Equivalent to a microphone. dd1n~ DdLnIs the key at each observation point.
External noise not subject to cancellation. In addition, DA converter
And an AD converter are omitted. The noise canceling controller 21 is a DSP
And a multi-input / multi-output adaptive filter (hereinafter simply referred to as an adaptive filter).
21a, and filtered X signal creation
Filter 21b and the adaptive signal processing unit 21c.
It is. The adaptive filter 21a includes a reference signal generator (not shown).
Reference signal x input froma1n~ XaKnTo the specified file
Noise canceling signal y after filteringa1n~ Y
aMnAnd the noise cancel signal is input to each speaker.
Power. Filter 21b for creating filtered X signal
Illumination signal xa1n~ XaKnThe transfer function mat of the secondary sound propagation system 23
For signal processing by convolving each element of Rix (propagating element)
Reference signal (filtered X signal) r111n~ RLMKnOut
Power. The adaptive signal processing unit 21c detects the error at each observation point.
-Signal e1n~ ELnAnd the filter output from the filter 21b.
Lutard X signal r111n~ RLMKnAre input, these signals
To cancel noise at each observation point
Performs adaptive signal processing to determine coefficients of adaptive filter 21a
I do. FIG. 5 is an explanatory diagram of the primary sound virtual propagation system 22.
As shown in FIG. 5 (a), the K noise sources NG1~ NGK
The noise generated from the noise has a certain frequency / phase characteristic.
Microphones (M
IC1~ MICL). Therefore, the ith noise
The noise from the source NGi is the jth microphone MICjThe story that reaches
Set the transfer characteristics of the transport system to HjiThen, the primary sound virtual propagation system 22
Is expressed as shown in FIG. 5 (b), and its transfer function matrix
(H) is as follows. [0010] (Equation 1) Each element H of the transfer function matrix (H)ijIs
Modeled by the FIR digital filter shown in FIG.
It is. That is, the input signal is sequentially delayed by one sampling time.
Delay element DL to be extended and a coefficient h0,
h1, HTwo, Multiplying unit ML, and multiplying unit output
Digital filter consisting of an adder AD that adds
Is converted to FIG. 7 is an explanatory diagram of the secondary sound propagation system 23,
As shown in FIG. 7A, each speaker SP1~ SPMOriginated from
Noise canceling sound has predetermined frequency and phase characteristics
Microphones provided at each observation point by propagating through the secondary sound propagation system 23
MIC1~ MICLTo reach. Therefore, the ith noise
Cancel signal yainJ-th cancellation sound based on
Microphone MICjThe transfer characteristic of the secondary sound propagation system up toji
In this case, the secondary sound propagation system 23 is configured as shown in FIG.
And its transfer function matrix (C) is
Swell. [0012] (Equation 2) Each element of the transfer function matrix (C) is linear
As in the case of the sound virtual propagation system 22, the FIR type shown in FIG.
Modeled by a digital filter. That is,
A delay element DL for sequentially delaying a force signal by one sampling time
And a coefficient c for each delay element output 0, C1, CTwo, ...
Multiplying unit ML for performing the calculation and an adding unit A for adding the outputs of the respective multiplying units
It is modeled by a digital filter consisting of D. FIG. 8
Each element of the transfer function matrix (C) of the secondary sound propagation system 23
CijFor creating a filtered X signal created using
It is a block diagram of the data 21b. Refer to the adaptive signal processing unit 21c
Signal xa1n~ XaKnAnd noise and cancellation at each observation point
Signal (error signal) e1n~ ELnAnd based on
Perform adaptive signal processing to update adaptive filter coefficients
The adaptive filter 21a outputs the reference signal xa1n~ XaKnEnter
Noise cancel signal ya1n~ YaMnSpies
Input to the vehicle and cancel the noise at each observation point. The output from the adaptive filter 21a is
Noise cancel signal ya1n~ Ya MnIs the observation point
Frequency and phase of the secondary sound propagation system 23
Reached under the influence of characteristics. For this reason, adaptive signal processing
The unit 21c outputs the reference signal xa1n~ XaKnJust use
And a signal obtained by adding the characteristics of the secondary sound propagation system 23 to the reference signal.
X LMS (MEFX LMS)
Adopting algorithm, more advanced noise cancellation control
Is going. That is, the filtered X LMS algorithm
In the rhythm, the reference signal xa1n~ XaKnTo the filter 21b
More filtered signal (filtered X signal)
Adaptive filter 2 using error signal at each observation point
1a is updated. In FIG. 8, CijIs the secondary sound propagation system 23
Element C of transfer function matrix (C) inij(FIG. 7
FIR type digital filter that realizes the above-mentioned function. H
The filter 21b receives each reference signal xa1n~ XaKnTo all propagation
Convolve the elementary characteristics (the filter corresponding to all
Filter X signal r)111n~ RLM Kn
Is output. That is, the reference signal x
a1nThe propagation element from the first speaker to all observation points
C11~ CL1To make the filtered X signal r11 1n~ R
L11nAnd outputs a reference signal xa1nIs the second speaker
Element C to all observation points12~ CL2Act
Lutard X signal r121n~ RL21nIs output, ...
No. xa1nFrom the Mth loudspeaker to all observation points
Element C1M~ CLMTo make the filtered X signal r1M1n
~ RLM1n, And similarly, the reference signal xa2n~ XaKn
To all the propagation elements. still, R11= (R111n, R211n, ... rL11n) Rtwenty one= (R121n, R221n, ... rL21n) ... RM1= (R1M1n, R2M1n, ... rLM1n) ... RMK= (R1MKn, R2MKn, ... rLMKn) Is expressed as FIG. 9 shows a multi-input / multi-output adaptive filter 21.
3A is a configuration diagram of a primary sound virtual propagation system 22 and a secondary sound propagation
It has the same structure as the system 23. A11n~ AMKnIs FI
It is composed of an R-type digital filter.
Delay elements DL1, Dl that are sequentially delayed by one sampling time
2 and the coefficient a for each delay element output0, A1, ATwo・ ・
Multiplying units ML1, ML2, ML3,.
Are realized by the adders AD1, AD2,.
You. The number of delay stages is not limited to two. Each reference signal xa1n
~ XaKnTo digital filter A11n~ A1KnAnd enter
Noise input to the first speaker
Cancel signal ya1nAnd each reference signal xa1n~ XaKn
To digital filter A21n~ A2KnAnd add
Cancels the noise input to the second speaker
Signal ya2n... Each reference signal xa1n~ XaKn
To digital filter AM1n~ AMKnAnd add
Cancels the noise input to the Mth speaker
Signal yaMnIs obtained. Each FIR type data in the adaptive filter 21a
Digital filter A11n~ AMKnBy three coefficients (two-stage delay)
, The adaptive signal processing unit 21 c
Tal filter A11n~ AMKnAdaptive signal processing for each of the three coefficients
To determine the coefficient value. That is, one FIR
Type digital filter AijCoefficient a of0, A1, ATwoabout
The coefficient a is calculated using the coefficient update equation0, A1, A
TwoTo determine. [0018] (Equation 3) In equation (1), (n) is the current sampling time
(N-1) is the value one sampling time before, and (n-2) is two samples
The value before the sampling time, (n + 1) is the next sample from the current time.
It means the value up to the switching time. Therefore, Rij(n-2) is
Filter 21 corresponding to reference signal two sampling times before
b means output, Rij(n-1) is one sampling time before
Filter output according to the reference signal, Rij(n) is the current time
Is a filter output corresponding to the reference signal. Also, μ is adaptive
A value less than or equal to 1 that determines the step for updating the filter coefficients
Number (step size parameter)
It is set to an appropriate value according to the system. In addition,
The larger the value of the size parameter μ, the greater the
The number approaches the optimal value, the speed increases, and the followability improves.
However, overshoot occurs after approaching and the stability is low.
Down. Also, the value of the step size parameter μ is small
The closer to the optimum coefficient value, the lower the speed and the lower the tracking ability
However, the overshoot after approaching the optimal value is small and cheap.
The qualification becomes good. enIs the noise at each of the L observation points
And a cancel sound, and Rij, EnIs it
These are expressed as follows.   Rij= (R1ijn, R2ijn, ... rLijn)   Rij(n) = (C1i, C2i, C3i, ..., CLi) Xajn(n)   Rij(n-1) = (C1i, C2i, C3i, ..., CLi) Xajn(n-1)   Rij(n-2) = (C1i, C2i, C3i, ..., CLi) Xajn(n-2) [0020] (Equation 4) According to such a noise canceling device,
The signal processing unit 21c is a filter which is an output of the filter 21b.
Tard X signal r111n~ RLMKnAnd the noise at each observation point
Sound signal (error signal) e of the sound and the cancel sound1n~ E
LnAdaptive signal processing is performed based on
Fa Digital Filter A Constituting 1a11n~ A
MKnAnd the adaptive filter 21a determines the coefficient of the reference signal x
a1n~ XaKnAnd the noise cancel signal ya1n~ Y
aMnGenerating speaker SP1~ SPMFill in (Fig. 7)
Each speaker generates a cancellation sound and the noise at each observation point
Acts to cancel the sound. FIG. 10 shows the number of noise sources K = 1 and the number of speakers M =
2. Specific noise when the number of observation points (number of microphones) L = 2
It is a configuration diagram of a cancellation device, for example, in front of a car
The engine sounds in the two seats (driver's seat and passenger seat)
It is used to cancel. 21a is 2
FIR digital filters A11n, A21nConsists of
Adaptive filter 21b is a transfer function mat of the secondary sound propagation system.
Rix (C) each propagation element C11, Ctwenty one, C12, Ctwenty twoTo
For creating a filtered X signal composed of digital filters
Filters, 21c-1 to 21c-2 are adaptive signal processing units (MEFX
LMS algorithm), SP 1, SPTwoIs below each seat
Speaker provided, MC1, MCTwoIndicates each observation point (occupant's ear
Microphone). Each adaptive signal processing
Section, adaptive filter, filter for creating filtered X signal
Is a single DSP (Digital Signal Processor)
(A). FIG. 11 shows the number of noise sources K = 1 and the number of speakers M =
4. Specific conventional cases when the number of observation points (number of microphones) L = 4
FIG. 2 is a configuration diagram of the noise canceling device of FIG.
This is to cancel the engine sound in the right 4 seats.
You. 21a has four FIR digital filters A11n,
A21n, A12n, A22nAdaptive filter composed of
b denotes each transfer of the transfer function matrix (C) of the secondary sound propagation system.
Carrying element C11~ C41, C12~ C42, C13~ C43, C14~ C
44X-signal generation with digital filter
And an adaptive signal processor (MEF).
X LMS algorithm), SP1, SPTwo, SPThree, S
PFourIs speaker, MC1, MCTwo, MCThree, MCFourIs the observation point
Microphone. Each adaptive signal processor, adaptive processor
Filter, the operation of the filter for creating the filtered X signal is 1
DSP (Digital Signal Processor)
Be executed. [0024] The above-described noise cancellation
In the device, the noise at the noise cancellation point and the cancellation
Amplifies the error signal, which is a synthesized sound with the sound, with a microphone amplifier
After that, convert to A / D and input to the noise canceling controller.
You. The gain of this microphone amplifier is in terms of S / N ratio.
It is desirable to set as high as possible, but if you increase the gain,
Exceeds the dynamic range of the AD converter
This causes distortion such as lip. For this reason, the gain is
Cannot be increased and a high-precision synthesized sound signal with a good S / N ratio
There is a problem that input cannot be made to the noise cancellation controller.
Was. From the above, an object of the present invention is that the S / N ratio is good,
Can also generate synthesized sound signals with a wide dynamic range
Noise canceling device that can be input to the
To provide. [0025] The above object is achieved by the present invention.
The noise cancellation controller to a digital signal
Processor (DSP) and gain available
We convert strange amplifier and amplifier output to digital data
AD converter for input to digital signal processor
Data and the input signal of the AD converter
The gain of the variable gain amplifier is controlled so as not to exceed the range.
Control and gain change of DSP scaling constant
Achieved by a controller that controls in the opposite direction
You. [0026] [Function] The controller receives the input signal of the AD converter.
Variable gain amplifier so that the dynamic range of
Control the gain of the DSP and scale the DSP.
The number is controlled in the direction opposite to the gain change direction. That is,
Controller instructs to multiply amplifier gain by 1 / n
Then, the numerical value input from the AD converter is
Is multiplied by n. This allows the microphone to
The gain G up to the response signal processing unit can be kept constant.
Can exceed the dynamic range even if the G is increased
No, high S / N ratio, high dynamic range synthesized sound signal
Can be input to the signal processing section of the noise cancellation controller.
You. [0027] FIG. 1 shows an embodiment of a noise canceling device according to the present invention.
It is a block diagram.Overall configuration In the figure, 31 is an engine which is a noise source, and 32 is an engine
A rotational speed sensor for detecting the rotational speed R, 33 is the engine rotational speed
The second harmonic sine wave signal corresponding to R is referred to as a reference signal xa1nWhen
And a reference signal generator for outputting the reference signal. . 34 is inside the car
Check the engine sound at the noise canceling position (observation point).
Noise of DSP configuration that performs adaptive signal processing for canceling
A sound canceling controller, and a reference signal generating unit 33
Reference signal x generated froma1nAnd the vehicle compartment
Noise Sn at the noise cancellation point in the building1And cancel sound
Sc1Error signal e1nIs entered as
Perform adaptive signal processing to minimize error signals and
Sound cancel signal ya1nIs output. Noise canceler
The controller 34 includes an adaptive signal processing unit 34a and a digital
The filter 34b and the speaker
Cancel sound propagation system up to the sound cancellation point (secondary sound propagation
System), the reference signal xa1nBut
Filter 34c for creating a filtered X signal to be input
And the adaptive signal processing section multiplies the numerical data by n according to the instruction.
It has a scaling unit 34d to pass to 34a. 35 is an adaptive filter output (noise cancellation)
Signal ya1n) To an analog noise cancellation signal
DA converter 36 amplifies the noise cancellation signal
Power amplifier 17 is a noise canceling sound Sc1Emits
Cancellation speaker, 38 is located at the noise cancellation point
And the noise Sn1And cancel sound Sc1Detect the synthesized sound of
The synthesized sound signal is converted into an error signal e.1nEramai output as
, 39 is the error signal e1nVariable gain my to amplify
Gain can be varied programmably
40 removes out-of-band noise signals of periodic noise
Low-pass filter, 41 digitally outputs low-pass filter output
Noise canceling con-
AD converter input to the controller, 42
G of the step 39 and scaling of the scaling unit 34d
It is a gain control unit for controlling the switching constant S. [0029]Adaptive signal processing unit The adaptive signal processing unit 34a detects an error at the noise cancellation point.
-Signal e1nAnd the signal processing input through the filter 34c
Input reference signals for noise reduction and use these signals to reduce noise
Adaptive signal to cancel noise at the cancel point
Signal processing to determine the coefficients of the adaptive filter 34b.
For example, the adaptive signal processing unit 34a is a well-known LMS (Least Mea
n Square) according to the adaptive algorithm
Error signal e input from1nTo minimize
The coefficient of the adaptive filter 34b is determined. Adaptive filter 34
b is in accordance with the coefficient determined by the adaptive signal processing unit 34a.
Reference signal xa1nDigitally filtered to DA
Noise cancel signal y from converter 35a1nOutput
You. [0030]Gain control section The gain control unit 42 outputs the output of the AD converter 41.
Force data is input, and an AD converter is
The input signal to the
Controlling the gain of the variable gain amplifier 39
And the scaling constant S of the DSP in the direction opposite to the gain change direction.
Control in the direction. For example, if the gain control
Do not exceed the converter output value and dynamic range
Various correspondences with the gain control variable n are set in advance.
In advance, gain control is performed based on the output value of the AD converter.
Find the variable n and multiply the gain of the amplifier 39 by 1 / n.
And AD conversion to the scaling unit 34d.
Is instructed to multiply the numerical value input from the data 41 by n.
As described above, the error signal from the error microphone 38 to the adaptive signal processing unit 34
a, the total gain G up to a can be kept constant.
Does not exceed dynamic range even if gain G is increased
I can do it. [0031]Overall behavior When the engine 31 rotates, its rotation speed R becomes a rotation speed sensor.
The reference signal generation unit 33 detects the
Reference signal x having a frequency corresponding to rotation speed Ra1nRaises the noise
The sound is input to the sound cancel controller 34. At this time,
Engine sound (peripheral) generated from the engine 31
Periodic noise) is a noise propagation system having a predetermined transfer function.
Noise cancellation by propagating through the air with (primary sound propagation system)
To the point. Noise and cancellation at the noise cancellation point
The synthesized sound (error signal) of the sound is detected by the error microphone 38.
And output to the variable gain amplifier 39. Gain available
The variable amplifier 39 outputs the error signal e.1nAmplify the low pass filter
The data is input to the AD converter 41 via the filter 40. still,
First, the gain of the variable gain amplifier 39 is set to the initial value G.
Have been. The AD converter 41 receives the input error signal.
Is converted to a digital signal and input to the scaling unit 34d.
You. Initially, the scaling constant S is 1, so
The digital data is directly input to the adaptive signal processing unit 34a.
You. In parallel with the above, for creating a filtered X signal
The filter 34c outputs the reference signal xa1nIs entered and the LMS
Generate and adapt filtered X signals for adaptive signal processing
The signal is input to the signal processing unit 34a. The adaptive signal processing unit 34a
Using the error signal and the filtered X signal,
To perform the LMS adaptive signal processing, and
Determine the number. The adaptive filter 34b includes the adaptive signal processing unit 3
4a according to the coefficient determined by the reference signal xa1nTo
Noise canceling signal y after digital filteringa1n
Is input to the DA converter 35. DA converter 35
Is the noise cancel signal ya1nTo DA conversion
Input to the speaker 37 via the loop 36. This allows
The noise canceling sound is output from the speaker 37 and the secondary sound is output.
The noise cancellation point is reached via the propagation system, and the noise is canceled.
Acts like a cell. Thereafter, the above operation is repeated.
The noise is canceled immediately. In the above, the error signal e1nIs bigger
When the output value of the AD converter 41 increases,
The control unit 42 receives the input signal of the AD converter.
Variable gain amplifier so as not to exceed the dynamic range
Instruct 39 to reduce the gain to 1 / n,
The scaling unit 34d multiplies the scaling constant S by n.
To instruct. Thus, the variable gain amplifier 39
Error signal e1nIs amplified by a gain G / n (<G).
Therefore, the amplified error signal is output from the AD converter 41
A / D conversion correctly without distorting without exceeding the mic range
Then, it is input to the noise cancellation controller 34.
Scaling unit 34 of noise cancellation controller 34
d is numerical data input with scaling constant S (= n)
Data to the adaptive signal processing unit 34a
input. Also, the error signal e1nHas become smaller
When the output value of the inverter 41 decreases, the gain variable
Instructs the amplifier 39 to multiply the gain by m,
Reduce the scaling constant S to 1 / m
To instruct. From the above, adapt from the error microphone 38
The total gain G up to the signal processing unit 34a is always constant.
Even if this gain G is increased, dynamic
You can stay within the cleanse. In the above, based on the output of the AD converter
I controlled the gain and the scaling constant.
Control based on the output of the section and the output of the variable gain amplifier
You can also. As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments.
However, the present invention follows the gist of the present invention described in the claims.
Various modifications are possible, and the present invention excludes these.
Not. [0035] As described above, according to the present invention, an AD converter
Make sure that the input voltage does not exceed its dynamic range.
In addition to controlling the gain of the variable amplifier,
It controls the calling constant in the direction opposite to the gain change direction.
Configuration from the microphone to the adaptive signal processor.
Gain G can be kept constant.
High dynamic range
S / N ratio, high dynamic range synthesized sound signal
It can be input to the signal processing section of the cancel controller.
Wear.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の騒音キャンセル装置の実施例構成図で
ある。 【図2】従来の騒音キャンセル装置の構成図である。 【図3】騒音キャンセル動作説明用波形図である。 【図4】騒音源、スピーカ、観測点が複数存在する場合
の従来の騒音キャンセル装置の構成図である。 【図5】一次音仮想伝搬系の説明図である。 【図6】伝達関数マトリックスの各要素を実現するデジ
タルフィルタの構成図である。 【図7】二次音伝搬系の説明図である。 【図8】フィルタードX信号作成用フィルタの構成図で
ある。 【図9】適応フィルタの構成図である。 【図10】騒音源が1個、スピーカ、マイクが2個存在
する場合の騒音キャンセル装置の構成図である。 【図11】騒音源が1個、、スピーカ、マイクが4個存
在する場合の騒音キャンセル装置の構成図である。 【符号の説明】 33・・参照信号発生部 34・・騒音キャンセルコントローラ 34a・・適応信号処理部 34d・・スケーリング部 38・・エラーマイク 39・・ゲイン可変アンプ 41・・ADコンバータ 42・・ゲインコントロール部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a noise canceling device of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional noise canceling device. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining a noise canceling operation. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional noise canceling device when a plurality of noise sources, speakers, and observation points exist. FIG. 5 is an explanatory diagram of a primary sound virtual propagation system. FIG. 6 is a configuration diagram of a digital filter that realizes each element of a transfer function matrix. FIG. 7 is an explanatory diagram of a secondary sound propagation system. FIG. 8 is a configuration diagram of a filter for creating a filtered X signal. FIG. 9 is a configuration diagram of an adaptive filter. FIG. 10 is a configuration diagram of a noise canceling device when one noise source, two speakers, and two microphones exist. FIG. 11 is a configuration diagram of a noise canceling apparatus in a case where there is one noise source, four speakers, and four microphones. [Description of Signs] 33 ··· Reference signal generating unit 34 ··· Noise cancel controller 34a ··· Adaptive signal processing unit 34d ··· Scaling unit 38 ··· Error microphone 39 ··· Gain variable amplifier 41 ··· AD converter 42 ··· Gain Control section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 邦夫 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平4−77108(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10K 11/178 F01N 1/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Kunio Miyauchi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Honda Technical Research Institute Co., Ltd. (56) References JP-A-4-77108 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G10K 11/178 F01N 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 騒音キャンセル点における騒音をキャン
セルするためにキャンセル音を出力するキャンセル音発
生源と、騒音キャンセル点における騒音とキャンセル音
との合成音を検出するセンサと、騒音キャンセル点にお
ける合成音信号と騒音源から発生する騒音に応じた参照
信号を入力され、これら信号を用いて前記騒音キャンセ
ル点における騒音をキャンセルするように適応信号処理
を行って騒音キャンセル信号を発生してキャンセル音発
生源に入力する騒音キャンセルコントローラを備えた騒
音キャンセル装置において、 前記騒音キャンセルコントローラをデジタル・シグナル
・プロセッサで構成すると共に、前記合成音信号を増幅
するゲイン可変のアンプと、前記 アンプ出力をデジタルデータに変換して前記デジタ
ル・シグナル・プロセッサに入力するADコンバータ
と、前記 ADコンバータの入力信号がADコンバータのダイ
ナミックレンジを越えないように前記合成音信号の大き
さに基づいて前記ゲイン可変アンプのゲインを制御する
と共に、デジタル・シグナル・プロセッサのスケーリン
グ定数をゲイン変化方向と逆方向に制御するコントロー
ラとを備えたことを特徴とする騒音キャンセル装置。
(57) [Claims] [Claim 1] A cancel sound source that outputs a cancel sound to cancel noise at a noise cancel point and a combined sound of the noise and the cancel sound at the noise cancel point are detected. A sensor, a synthesized sound signal at the noise cancellation point, and a reference signal corresponding to the noise generated from the noise source are input, and adaptive signal processing is performed using these signals to cancel the noise at the noise cancellation point, thereby canceling the noise. A noise canceling device including a noise canceling controller for generating a signal and inputting the signal to a canceling sound generating source, wherein the noise canceling controller is constituted by a digital signal processor and the synthesized sound signal is amplified.
A gain variable amplifier for the AD converter to be input to the digital <br/> Le signal processor converts the amplifier output into digital data, the input signal of the AD converter does not exceed the dynamic range of the AD converter So that the magnitude of the synthesized sound signal
And a controller that controls the gain of the variable gain amplifier based on the gain and controls the scaling constant of the digital signal processor in the direction opposite to the direction in which the gain changes.
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