JP3444982B2 - 多チャネル能動制御装置 - Google Patents
多チャネル能動制御装置Info
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- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル信号処理技術
を用いて、検出した物理量を低減させるように、物理量
の出力手段を適応制御する多チャネル能動制御装置に係
り、特に騒音環境下における能動騒音制御装置、振動環
境下における能動振動制御装置等に好適な多チャネル能
動制御装置に関する。
を用いて、検出した物理量を低減させるように、物理量
の出力手段を適応制御する多チャネル能動制御装置に係
り、特に騒音環境下における能動騒音制御装置、振動環
境下における能動振動制御装置等に好適な多チャネル能
動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、デジタル信号処理技術を用いて、
検出した騒音に対してスピーカからの音響出力を適応制
御することにより消音する能動騒音制御装置が提案され
ており、例えば自動車室内の騒音低減にこの技術が用い
られている。
検出した騒音に対してスピーカからの音響出力を適応制
御することにより消音する能動騒音制御装置が提案され
ており、例えば自動車室内の騒音低減にこの技術が用い
られている。
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来の能動騒
音制御装置について説明する。図５は、騒音源７から放
射された騒音を２つのスピーカ２ａ，２ｂの音響出力を
適応制御することにより、３次元空間内に配置した２つ
の誤差検出マイク３ａ，３ｂの位置で騒音レベルを低減
する２チャネル能動騒音制御装置の構成例である。
音制御装置について説明する。図５は、騒音源７から放
射された騒音を２つのスピーカ２ａ，２ｂの音響出力を
適応制御することにより、３次元空間内に配置した２つ
の誤差検出マイク３ａ，３ｂの位置で騒音レベルを低減
する２チャネル能動騒音制御装置の構成例である。
【０００４】騒音源７から放射された騒音は騒音検出マ
イク１で検出し、騒音検出マイク１は、検出信号ｕ(n)
を第１チャネルの適応型ＦＩＲフィルタ４ａ、および第
１チャネルの検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａ，５ｂ
へ出力する。検出信号ｕ(n)は第２チャネルの適応型Ｆ
ＩＲフィルタ４ｂ、および入力信号補正用ＦＩＲフィル
タ５ｃ，５ｄへも、同様に出力される。第１チャネルの
適応型ＦＩＲフィルタ４ａでは騒音検出信号ｕ(n)をフ
ィルタリングし、制御信号ｙ1(n)をスピーカ２ａに出力
する。第２チャネルにおいても同様に制御信号ｙ2(n)を
スピーカ２ｂに出力する。各スピーカから出力された音
は騒音と互いに干渉し、干渉後の残留騒音を２箇所に配
置した誤差検出マイク３ａ，３ｂで検出する。誤差検出
マイク３ａ，３ｂはそれぞれ誤差信号−ｅ1(n)，−ｅ
2(n)を出力する。第１チャネルの係数更新手段６ａに、
上記２つの誤差信号と上記２つの検出信号補正用フィル
タ５ａ，５ｂより出力された２つの補正信号ｒ11(n)，
ｒ12(n)をすべて入力する。第２チャネルについても第
１チャネルと同様に、係数更新手段６ｂに、上記２つの
誤差信号と上記２つの検出信号補正用フィルタ５ｃ，５
ｄより出力された２つの補正信号ｒ21(n)，ｒ22(n)をす
べて入力する。そして、各チャネルの係数更新手段は式
(4)の評価基準Ｃを最小にするように適応型ＦＩＲフィ
ルタのフィルタ係数を更新する。
イク１で検出し、騒音検出マイク１は、検出信号ｕ(n)
を第１チャネルの適応型ＦＩＲフィルタ４ａ、および第
１チャネルの検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａ，５ｂ
へ出力する。検出信号ｕ(n)は第２チャネルの適応型Ｆ
ＩＲフィルタ４ｂ、および入力信号補正用ＦＩＲフィル
タ５ｃ，５ｄへも、同様に出力される。第１チャネルの
適応型ＦＩＲフィルタ４ａでは騒音検出信号ｕ(n)をフ
ィルタリングし、制御信号ｙ1(n)をスピーカ２ａに出力
する。第２チャネルにおいても同様に制御信号ｙ2(n)を
スピーカ２ｂに出力する。各スピーカから出力された音
は騒音と互いに干渉し、干渉後の残留騒音を２箇所に配
置した誤差検出マイク３ａ，３ｂで検出する。誤差検出
マイク３ａ，３ｂはそれぞれ誤差信号−ｅ1(n)，−ｅ
2(n)を出力する。第１チャネルの係数更新手段６ａに、
上記２つの誤差信号と上記２つの検出信号補正用フィル
タ５ａ，５ｂより出力された２つの補正信号ｒ11(n)，
ｒ12(n)をすべて入力する。第２チャネルについても第
１チャネルと同様に、係数更新手段６ｂに、上記２つの
誤差信号と上記２つの検出信号補正用フィルタ５ｃ，５
ｄより出力された２つの補正信号ｒ21(n)，ｒ22(n)をす
べて入力する。そして、各チャネルの係数更新手段は式
(4)の評価基準Ｃを最小にするように適応型ＦＩＲフィ
ルタのフィルタ係数を更新する。
【数３】
【０００５】式(4)でＥ［・］は期待値操作を表し、ｅm
(n)は時刻ｎにおけるｍ番目の誤差信号、Ｍは誤差検出
マイクの総数である。第ｋチャネルの適応型ＦＩＲフィ
ルタの出力ｙk(n)は式(5)で示される。
(n)は時刻ｎにおけるｍ番目の誤差信号、Ｍは誤差検出
マイクの総数である。第ｋチャネルの適応型ＦＩＲフィ
ルタの出力ｙk(n)は式(5)で示される。
【数４】
【０００６】式(5)において、Ｉは適応型ＦＩＲフィル
タのタップ総数を示す。係数更新手段では、式(4)を最
小にするために式(5)を用いてフィルタ係数ｈki(n)を更
新する。
タのタップ総数を示す。係数更新手段では、式(4)を最
小にするために式(5)を用いてフィルタ係数ｈki(n)を更
新する。
【数５】
【０００７】式(6)において、ｒkm(n)は補正信号であ
り、検出信号補正用ＦＩＲフィルタの出力として得ら
れ、式(7)で計算される。また、α 1 はステップサイズパ
ラメータであり、０≦α 1 ≪１の値をとる。
り、検出信号補正用ＦＩＲフィルタの出力として得ら
れ、式(7)で計算される。また、α 1 はステップサイズパ
ラメータであり、０≦α 1 ≪１の値をとる。
【数６】
【０００８】式(7)において、ｇkmj(n)は第ｋチャネル
の適応型ＦＩＲフィルタの出力ｙk(n)が第ｍ番目の誤差
検出マイクの出力として観測される過程の伝達特性を推
定したＦＩＲフィルタの第ｊタップ目のフィルタ係数を
示し、ｒkm(n)はそのＦＩＲフィルタの出力である。検
出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａ，５ｂは、これらのＦ
ＩＲフィルタと同一のフィルタ係数を保持する。また式
(7)においてＪは検出信号補正用ＦＩＲフィルタのタッ
プ総数を示す。
の適応型ＦＩＲフィルタの出力ｙk(n)が第ｍ番目の誤差
検出マイクの出力として観測される過程の伝達特性を推
定したＦＩＲフィルタの第ｊタップ目のフィルタ係数を
示し、ｒkm(n)はそのＦＩＲフィルタの出力である。検
出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａ，５ｂは、これらのＦ
ＩＲフィルタと同一のフィルタ係数を保持する。また式
(7)においてＪは検出信号補正用ＦＩＲフィルタのタッ
プ総数を示す。
【０００９】一般にＭ個の誤差検出マイクがある場合、
検出信号補正用ＦＩＲフィルタは１チャネルあたりＭ個
必要であり、チャネル数がＫの場合、合計ではＫ×Ｍ個
必要となる。従って、図５の構成では２つの誤差検出マ
イクがあるので、第１チャネルの検出信号補正用には、
ｇ11j，ｇ12j(j=0,1,…,J-1)をそれぞれのフィルタ係数
としてもつ２つのＪタップ検出信号補正用ＦＩＲフィル
タ５ａ，５ｂが構成される。
検出信号補正用ＦＩＲフィルタは１チャネルあたりＭ個
必要であり、チャネル数がＫの場合、合計ではＫ×Ｍ個
必要となる。従って、図５の構成では２つの誤差検出マ
イクがあるので、第１チャネルの検出信号補正用には、
ｇ11j，ｇ12j(j=0,1,…,J-1)をそれぞれのフィルタ係数
としてもつ２つのＪタップ検出信号補正用ＦＩＲフィル
タ５ａ，５ｂが構成される。
【００１０】さらに、図６に示すように、従来技術では
騒音制御系を複数用い、ＦＩＲフィルタを用いることに
よりクロストークを考慮し、騒音を適応処理する消音装
置が提案されている（特開平05-80778号公報）。
騒音制御系を複数用い、ＦＩＲフィルタを用いることに
よりクロストークを考慮し、騒音を適応処理する消音装
置が提案されている（特開平05-80778号公報）。
【００１１】同図は２チャネルの騒音制御系を有する構
成である。騒音検出マイク１と、検出された騒音信号を
適応制御する適応型ＦＩＲフィルタ１２ａ〜１２ｄと、
その出力を加算する加算器１３ａ，１３ｂと、その出力
を再生するスピーカ２ａ，２ｂと、その再生音と騒音を
検出する誤差検出マイク３ａ，３ｂと、適応型ＦＩＲフ
ィルタ１２ａ，１２ｂの出力を信号処理するＦＩＲフィ
ルタ１６ａ，１６ｂと、適応型ＦＩＲフィルタ１２ｃ，
１２ｄの出力を信号処理するＦＩＲフィルタ１６ｃ，１
６ｄと、加算器１３ａ，１３ｂの出力を信号処理するＦ
ＩＲフィルタ１６ｅ〜１６ｈと、誤差検出マイク３ａ，
３ｂの出力とＦＩＲフィルタ１６ａ〜１６ｈの出力を演
算して適応型ＦＩＲフィルタ１２ａ〜１２ｄの制御信号
とする演算器１５ａ〜１５ｄとからなる。
成である。騒音検出マイク１と、検出された騒音信号を
適応制御する適応型ＦＩＲフィルタ１２ａ〜１２ｄと、
その出力を加算する加算器１３ａ，１３ｂと、その出力
を再生するスピーカ２ａ，２ｂと、その再生音と騒音を
検出する誤差検出マイク３ａ，３ｂと、適応型ＦＩＲフ
ィルタ１２ａ，１２ｂの出力を信号処理するＦＩＲフィ
ルタ１６ａ，１６ｂと、適応型ＦＩＲフィルタ１２ｃ，
１２ｄの出力を信号処理するＦＩＲフィルタ１６ｃ，１
６ｄと、加算器１３ａ，１３ｂの出力を信号処理するＦ
ＩＲフィルタ１６ｅ〜１６ｈと、誤差検出マイク３ａ，
３ｂの出力とＦＩＲフィルタ１６ａ〜１６ｈの出力を演
算して適応型ＦＩＲフィルタ１２ａ〜１２ｄの制御信号
とする演算器１５ａ〜１５ｄとからなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図５の構成例では、適
応型ＦＩＲフィルタの制御においてスピーカの総数Ｋと
誤差検出マイクの総数Ｍの増加にともない式(6)、(7)の
計算量はその積Ｋ×Ｍで増加し、検出信号補正用ＦＩＲ
フィルタもＫ×Ｍ個と必要となる。さらに、１チャネル
分の適応型ＦＩＲフィルタの制御に全ての誤差検出マイ
クの誤差信号を必要とすることによりシステムが複雑に
なり、部品点数およびコストが増加する。
応型ＦＩＲフィルタの制御においてスピーカの総数Ｋと
誤差検出マイクの総数Ｍの増加にともない式(6)、(7)の
計算量はその積Ｋ×Ｍで増加し、検出信号補正用ＦＩＲ
フィルタもＫ×Ｍ個と必要となる。さらに、１チャネル
分の適応型ＦＩＲフィルタの制御に全ての誤差検出マイ
クの誤差信号を必要とすることによりシステムが複雑に
なり、部品点数およびコストが増加する。
【００１３】また、図６による構成でもＫチャネルシス
テムの場合、Ｋ＋Ｋ（Ｋ−１）個の適応型フィルタと、
２Ｋ２（Ｋ−１）個のＦＩＲフィルタとを必要とし、そ
れに伴い計算量も増加する。また、図５の構成の場合と
同様に１チャネル分の信号処理の制御に全ての誤差検出
マイクの誤差検出信号を必要とすることにより、システ
ムが複雑になり、部品点数およびコストが増加する。
テムの場合、Ｋ＋Ｋ（Ｋ−１）個の適応型フィルタと、
２Ｋ２（Ｋ−１）個のＦＩＲフィルタとを必要とし、そ
れに伴い計算量も増加する。また、図５の構成の場合と
同様に１チャネル分の信号処理の制御に全ての誤差検出
マイクの誤差検出信号を必要とすることにより、システ
ムが複雑になり、部品点数およびコストが増加する。
【００１４】これらの問題は、例えば信号処理手段の制
御を第ｋチャネルの誤差検出マイクをもちいて、式(8)
にしたがって行えば解決されるが、その場合他の物理量
の出力手段から第ｋチャネルの誤差検出手段に伝わるク
ロストークを考慮できないため、安定に制御できない可
能性がある。
御を第ｋチャネルの誤差検出マイクをもちいて、式(8)
にしたがって行えば解決されるが、その場合他の物理量
の出力手段から第ｋチャネルの誤差検出手段に伝わるク
ロストークを考慮できないため、安定に制御できない可
能性がある。
【数７】
式(8)において、ｒk(n)は補正信号であり、検出信号補
正用ＦＩＲフィルタの出力として得られ、式(9)で計算
される。また、α 2 はステップサイズパラメータであ
り、０≦α 2 ≪１の値をとる。
正用ＦＩＲフィルタの出力として得られ、式(9)で計算
される。また、α 2 はステップサイズパラメータであ
り、０≦α 2 ≪１の値をとる。
【数８】
ただしｇkiは第ｋチャネルの検出信号補正用ＦＩＲフィ
ルタのフィルタ係数であり、第ｋチャネルの適応型ＦＩ
Ｒフィルタの出力ｙk(n)が第ｋ番目の誤差検出マイクの
出力として観測される過程の伝達特性を推定したもので
ある。
ルタのフィルタ係数であり、第ｋチャネルの適応型ＦＩ
Ｒフィルタの出力ｙk(n)が第ｋ番目の誤差検出マイクの
出力として観測される過程の伝達特性を推定したもので
ある。
【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、複数の能動制御装置において、その装置内の誤差検
出手段の出力だけを用いて制御を行う場合に発生する制
御の不安定性を回避する多チャネル能動制御装置を提供
することにある。
で、複数の能動制御装置において、その装置内の誤差検
出手段の出力だけを用いて制御を行う場合に発生する制
御の不安定性を回避する多チャネル能動制御装置を提供
することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、制御対象とする物理量を検出し検出信号を出
力する検出手段と、前記検出信号を入力して制御信号を
出力する信号処理手段と、前記制御信号を入力して制御
信号を物理量に変換する出力手段と、希望する物理量と
の誤差を検出して誤差信号を出力する誤差検出手段と、
前記検出信号を入力して補正信号を出力する検出信号補
正手段と、前記補正信号と前記誤差信号とを入力して希
望する物理量との誤差を低減させるために前記信号処理
手段を制御する信号処理制御手段とを有する能動制御装
置を複数チャネル備え、前記検出信号補正手段は、同一
チャネルにおいて、前記信号処理手段の制御信号により
前記誤差検出手段の誤差信号を出力する過程の伝達特性
を推定した補正信号を出力し、各能動制御装置は、制御
対象とする物理量の各周波数について、次の式（１）お
よび式（２）を満たすように構成されることを特徴とす
る多チャネル能動制御装置である。
本発明は、制御対象とする物理量を検出し検出信号を出
力する検出手段と、前記検出信号を入力して制御信号を
出力する信号処理手段と、前記制御信号を入力して制御
信号を物理量に変換する出力手段と、希望する物理量と
の誤差を検出して誤差信号を出力する誤差検出手段と、
前記検出信号を入力して補正信号を出力する検出信号補
正手段と、前記補正信号と前記誤差信号とを入力して希
望する物理量との誤差を低減させるために前記信号処理
手段を制御する信号処理制御手段とを有する能動制御装
置を複数チャネル備え、前記検出信号補正手段は、同一
チャネルにおいて、前記信号処理手段の制御信号により
前記誤差検出手段の誤差信号を出力する過程の伝達特性
を推定した補正信号を出力し、各能動制御装置は、制御
対象とする物理量の各周波数について、次の式（１）お
よび式（２）を満たすように構成されることを特徴とす
る多チャネル能動制御装置である。
【００１７】
【数９】
ただし、
ｄｅｔＡ ：Ａの行列式
α ：０≦α≪１
ρａｂ ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番
目の能動制御装置の誤差信号までの振幅増加率と、ｂ番
目の能動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置
の誤差信号までの振幅増加率との比 ψａｂ ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番
目の能動制御装置の誤差信号までの位相と、ｂ番目の能
動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置の誤差
信号までの位相との差 ｘｎ ：１式のｘについてのｎ番目の解 Ｋ ：能動制御装置の数 であるとする。
目の能動制御装置の誤差信号までの振幅増加率と、ｂ番
目の能動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置
の誤差信号までの振幅増加率との比 ψａｂ ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番
目の能動制御装置の誤差信号までの位相と、ｂ番目の能
動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置の誤差
信号までの位相との差 ｘｎ ：１式のｘについてのｎ番目の解 Ｋ ：能動制御装置の数 であるとする。
【００１８】上記能動制御装置において、αは任意であ
るが、後記の理由により、αに依存しない次式を満たす
能動制御装置を用いることができる。
るが、後記の理由により、αに依存しない次式を満たす
能動制御装置を用いることができる。
【数１０】
【００１９】上記能動制御装置おいて、式(12)を満たす
ように出力手段と誤差検出手段との位置を調整する装置
と、誤差信号を処理する手段を設けた装置がある。また
物理量の検出信号が式(12)を満たさない周波数を含む場
合、その部分の周波数を除去する手段を設ける。
ように出力手段と誤差検出手段との位置を調整する装置
と、誤差信号を処理する手段を設けた装置がある。また
物理量の検出信号が式(12)を満たさない周波数を含む場
合、その部分の周波数を除去する手段を設ける。
【００２０】
【作用】Ｋチャネルの能動制御装置の時刻ｎの第ａチャ
ネルの制御信号で周波数ｆの成分をｙａ（ｆ，ｎ）、物
理量の出力手段以外から放射された物理量による誤差信
号で周波数ｆの成分をｎａ（ｆ，ｎ）とし、Ａｔを行列
Ａの転置行列として とすると、次時刻の制御信号は、
ネルの制御信号で周波数ｆの成分をｙａ（ｆ，ｎ）、物
理量の出力手段以外から放射された物理量による誤差信
号で周波数ｆの成分をｎａ（ｆ，ｎ）とし、Ａｔを行列
Ａの転置行列として とすると、次時刻の制御信号は、
【数１１】
となる。このため、式（１１）を満たすように構成され
た適応制御装置では、
た適応制御装置では、
【数１２】
より誤差信号が収束する。すなわち、各信号処理手段は
１つの誤差信号しか参照してないが制御対象とする物理
量は安定に制御される。ここで、物理量とは、例えば騒
音、振動あるいは電気信号のノイズ等である。
１つの誤差信号しか参照してないが制御対象とする物理
量は安定に制御される。ここで、物理量とは、例えば騒
音、振動あるいは電気信号のノイズ等である。
【００２１】また、式(11)は、αが０≦α≪１であり、
α＝０のとき｜ｘn｜＝１であることにより、｜ｘn｜の
α＝０における微分係数が負であるとき、式(12)は満た
される。そして、出力手段と誤差検出手段の配置が自由
に設定できるのであれば、式(12)を満たすように配置
し、出力手段と誤差検出手段の配置が自由に設定できな
いのであれば、誤差信号を式(12)を満たすように信号処
理すると、物理量が安定に制御される。また、式(12)を
満たさない周波数を検出信号から除去することによって
も、式(12)を満たすことができ、物理量を安定に制御で
きる。
α＝０のとき｜ｘn｜＝１であることにより、｜ｘn｜の
α＝０における微分係数が負であるとき、式(12)は満た
される。そして、出力手段と誤差検出手段の配置が自由
に設定できるのであれば、式(12)を満たすように配置
し、出力手段と誤差検出手段の配置が自由に設定できな
いのであれば、誤差信号を式(12)を満たすように信号処
理すると、物理量が安定に制御される。また、式(12)を
満たさない周波数を検出信号から除去することによって
も、式(12)を満たすことができ、物理量を安定に制御で
きる。
【００２２】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明に係る多チャネル能動制御装置に
おける第１の実施例を示すブロック図である。これは騒
音源７から放射された騒音を２つのスピーカ２ａ，２ｂ
の音響出力を適応制御することにより３次元空間内に配
置した２つの誤差検出マイク３ａ，３ｂの位置で騒音レ
ベルを低減する２チャネル能動騒音制御装置の構成例で
ある。
する。図１は、本発明に係る多チャネル能動制御装置に
おける第１の実施例を示すブロック図である。これは騒
音源７から放射された騒音を２つのスピーカ２ａ，２ｂ
の音響出力を適応制御することにより３次元空間内に配
置した２つの誤差検出マイク３ａ，３ｂの位置で騒音レ
ベルを低減する２チャネル能動騒音制御装置の構成例で
ある。
【００２３】騒音源７から放射された騒音は検出手段で
ある騒音検出マイク１で検出し、騒音検出マイク１は検
出信号ｕ(n)を第１チャネルの信号処理手段である適応
型ＦＩＲフィルタ４ａおよび検出信号補正手段である第
１チャネルの検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａへ出力
する。検出信号ｕ(n)は第２チャネルの信号処理手段で
ある適応型ＦＩＲフィルタ４ｂおよび検出信号補正用Ｆ
ＩＲフィルタ５ｂへも同様に出力される。第１チャネル
の適応型ＦＩＲフィルタ４ａでは検出信号ｕ(n)をフィ
ルタリングし、制御信号ｙ1(n)を出力手段であるスピー
カ２ａに出力する。第２チャネルにおいても同様に制御
信号ｙ2(n)をスピーカ２ｂに出力する。各スピーカから
出力された音は騒音と互いに干渉し、干渉後の残留騒音
を２箇所に配置した誤差検出手段である誤差検出マイク
３ａ，３ｂで検出する。誤差検出マイク３ａ，３ｂはそ
れぞれ誤差信号−ｅ1(n),−ｅ2(n)を出力する。信号処
理制御手段である第１チャネルの係数更新手段６ａに、
上記誤差検出マイク３ａにより出力された誤差信号−ｅ
1(n)と上記検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａより出力
された補正信号ｒ1(n)を入力する。第２チャネルについ
ても第１チャネルと同様に、係数更新手段６ｂに、誤差
検出マイク３ｂにより出力された誤差信号−ｅ2(n)と上
記検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ｂより出力された補
正信号ｒ2(n)を入力する。そして、各チャネルの係数更
新手段は式(17)の各評価基準Ｃmを最小にするように適
応型ＦＩＲフィルタのフィルタ係数を更新して、信号処
理手段である適応型ＦＩＲフィルタを制御する。
ある騒音検出マイク１で検出し、騒音検出マイク１は検
出信号ｕ(n)を第１チャネルの信号処理手段である適応
型ＦＩＲフィルタ４ａおよび検出信号補正手段である第
１チャネルの検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａへ出力
する。検出信号ｕ(n)は第２チャネルの信号処理手段で
ある適応型ＦＩＲフィルタ４ｂおよび検出信号補正用Ｆ
ＩＲフィルタ５ｂへも同様に出力される。第１チャネル
の適応型ＦＩＲフィルタ４ａでは検出信号ｕ(n)をフィ
ルタリングし、制御信号ｙ1(n)を出力手段であるスピー
カ２ａに出力する。第２チャネルにおいても同様に制御
信号ｙ2(n)をスピーカ２ｂに出力する。各スピーカから
出力された音は騒音と互いに干渉し、干渉後の残留騒音
を２箇所に配置した誤差検出手段である誤差検出マイク
３ａ，３ｂで検出する。誤差検出マイク３ａ，３ｂはそ
れぞれ誤差信号−ｅ1(n),−ｅ2(n)を出力する。信号処
理制御手段である第１チャネルの係数更新手段６ａに、
上記誤差検出マイク３ａにより出力された誤差信号−ｅ
1(n)と上記検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａより出力
された補正信号ｒ1(n)を入力する。第２チャネルについ
ても第１チャネルと同様に、係数更新手段６ｂに、誤差
検出マイク３ｂにより出力された誤差信号−ｅ2(n)と上
記検出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ｂより出力された補
正信号ｒ2(n)を入力する。そして、各チャネルの係数更
新手段は式(17)の各評価基準Ｃmを最小にするように適
応型ＦＩＲフィルタのフィルタ係数を更新して、信号処
理手段である適応型ＦＩＲフィルタを制御する。
【数１３】
【００２４】式(17)でＥ［・］は期待値操作を表し、ｅ
m(n)は時間ｎにおけるｍ番目の誤差信号である。第ｋチ
ャネルの適応型ＦＩＲフィルタの時間ｎにおけるｉタッ
プ目のフィルタ係数をｈki(n)すると、第ｋチャネルの
適応型ＦＩＲフィルタの出力ｙk(n)は式(18)で示され
る。
m(n)は時間ｎにおけるｍ番目の誤差信号である。第ｋチ
ャネルの適応型ＦＩＲフィルタの時間ｎにおけるｉタッ
プ目のフィルタ係数をｈki(n)すると、第ｋチャネルの
適応型ＦＩＲフィルタの出力ｙk(n)は式(18)で示され
る。
【数１４】
【００２５】式(18)において、Ｉは適応型ＦＩＲフィル
タのタップ総数を示す。係数更新手段では式(17)を最小
にするため、式(19)を用いてフィルタ係数ｈki(n)を更
新する。 ｈki(n+1)=ｈki(n)+αｅk(n)ｒk(n-i) (19) 式(19)において、ｒk(n)は補正信号であり、検出信号補
正用ＦＩＲフィルタの出力として得られ、式(20)で計算
される。また、αはステップサイズパラメータであり、
０≦α≪１の値をとる。
タのタップ総数を示す。係数更新手段では式(17)を最小
にするため、式(19)を用いてフィルタ係数ｈki(n)を更
新する。 ｈki(n+1)=ｈki(n)+αｅk(n)ｒk(n-i) (19) 式(19)において、ｒk(n)は補正信号であり、検出信号補
正用ＦＩＲフィルタの出力として得られ、式(20)で計算
される。また、αはステップサイズパラメータであり、
０≦α≪１の値をとる。
【数１５】
【００２６】式(20)において、ｇkj(n)は、第ｋチャネ
ルの適応型ＦＩＲフィルタの出力ｙk(n)が第ｋ番目の誤
差検出マイクの出力として観測される過程の伝達特性を
推定したＦＩＲフィルタの第ｊタップ目のフィルタ係数
を示し、ｒk(n)はそのＦＩＲフィルタの出力である。検
出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａ，５ｂはこれらのＦＩ
Ｒフィルタと同一のフィルタ係数を保持する。また式(2
0)においてＪは検出信号補正用ＦＩＲフィルタのタップ
総数を示す。
ルの適応型ＦＩＲフィルタの出力ｙk(n)が第ｋ番目の誤
差検出マイクの出力として観測される過程の伝達特性を
推定したＦＩＲフィルタの第ｊタップ目のフィルタ係数
を示し、ｒk(n)はそのＦＩＲフィルタの出力である。検
出信号補正用ＦＩＲフィルタ５ａ，５ｂはこれらのＦＩ
Ｒフィルタと同一のフィルタ係数を保持する。また式(2
0)においてＪは検出信号補正用ＦＩＲフィルタのタップ
総数を示す。
【００２７】さて、ｋチャネル能動制御装置において、
次のことが言える。第ａチャネルの制御信号と第ｂチャ
ネルの誤差信号間の周波数ｆの伝達関数をＨab(f)、時刻
ｎの第ａチャネルの制御信号で周波数ｆの成分をｙa(f,
n)、時刻ｎの第ａチャネルの誤差信号で周波数ｆの成分
をｅa(f,n)、時刻ｎの第ａチャネルの物理量出力手段以
外から放射された物理量による誤差信号で周波数ｆの成
分をｎa(f,n)とし、Ａtを行列Ａの転置行列として Ｅ(f,n)＝（ｅ1(f,n) ｅ2(f,n) … ｅK(f,n)）t (21) Ｙ(f,n)＝（ｙ1(f,n) ｙ2(f,n) … ｙK(f,n)）t (22) Ｎ(f,n)＝（ｎ1(f,n) ｎ2(f,n) … ｎK(f,n)）t (23) とすると、 Ｅ(f,n)＝Ｈ(f)Ｙ(f,n)＋Ｎ(f,n) (24) となる。ここで、
次のことが言える。第ａチャネルの制御信号と第ｂチャ
ネルの誤差信号間の周波数ｆの伝達関数をＨab(f)、時刻
ｎの第ａチャネルの制御信号で周波数ｆの成分をｙa(f,
n)、時刻ｎの第ａチャネルの誤差信号で周波数ｆの成分
をｅa(f,n)、時刻ｎの第ａチャネルの物理量出力手段以
外から放射された物理量による誤差信号で周波数ｆの成
分をｎa(f,n)とし、Ａtを行列Ａの転置行列として Ｅ(f,n)＝（ｅ1(f,n) ｅ2(f,n) … ｅK(f,n)）t (21) Ｙ(f,n)＝（ｙ1(f,n) ｙ2(f,n) … ｙK(f,n)）t (22) Ｎ(f,n)＝（ｎ1(f,n) ｎ2(f,n) … ｎK(f,n)）t (23) とすると、 Ｅ(f,n)＝Ｈ(f)Ｙ(f,n)＋Ｎ(f,n) (24) となる。ここで、
【数１６】
である。
【００２８】次時刻の制御信号Ｙ(f,n+1)は誤差信号レ
ベルを小さくするように制御されるため、αをステップ
サイズパラメータとして Ｙ(f,n+1)＝Ｙ(f,n)−αＥ(f,n) (26) となる。式(26)に式(24)を代入し、時刻ｎとｎ＋１の時
間間隔は小さいと仮定して漸化式を解くと、 Ｙ(f,n)＝（Ｉ−αＨ(f)）nＹ(f,0)−Ｈ(f)-1（Ｎ(f,n)−Ｎ(f,0)） (27) となる。ここで、ＩはＫ行Ｋ列の単位行列である。これ
より、Ｙ(f,n)は、
ベルを小さくするように制御されるため、αをステップ
サイズパラメータとして Ｙ(f,n+1)＝Ｙ(f,n)−αＥ(f,n) (26) となる。式(26)に式(24)を代入し、時刻ｎとｎ＋１の時
間間隔は小さいと仮定して漸化式を解くと、 Ｙ(f,n)＝（Ｉ−αＨ(f)）nＹ(f,0)−Ｈ(f)-1（Ｎ(f,n)−Ｎ(f,0)） (27) となる。ここで、ＩはＫ行Ｋ列の単位行列である。これ
より、Ｙ(f,n)は、
【数１７】
であるとき収束する。すなわち、Ｉ−αＨ(f)の固有値
がすべて１以下であるときＹ(f,n)は、収束することが
わかる。
がすべて１以下であるときＹ(f,n)は、収束することが
わかる。
【００２９】ここで、
Ｙ'(f,n)＝(H11(f)y1(f,n) H22(f)y2(f,n) … HKK(f)yK(f,n))t (29)
【数１８】
とする。そしてＹ(f,n)とＹ'(f,n)とを交換し、Ｈ(f,n)
とＨ'(f,n)と交換しても、上に述べたことは同様に成り
立つ。そして、このように交換することにより、固有値
の計算を容易にできる。交換方法としては上にのべたほ
かにも無数の組み合わせが考えられるので、固有値の計
算が容易になるような組み合わせを使うのが良い。ここ
で、第ａチャネルの制御信号と第ｂチャネルの誤差信号
間の周波数ｆのゲインをＧab(f)、位相をθab(f)とする
と、
とＨ'(f,n)と交換しても、上に述べたことは同様に成り
立つ。そして、このように交換することにより、固有値
の計算を容易にできる。交換方法としては上にのべたほ
かにも無数の組み合わせが考えられるので、固有値の計
算が容易になるような組み合わせを使うのが良い。ここ
で、第ａチャネルの制御信号と第ｂチャネルの誤差信号
間の周波数ｆのゲインをＧab(f)、位相をθab(f)とする
と、
【数１９】
となる。（以後、全ての変数の周波数ｆに対する添字は
省略する。）
省略する。）
【００３０】次に、
【数２０】
ここで、
ρａｂ ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番
目の能動制御装置の誤差信号までの振幅増加率と、ｂ番
目の能動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置
の誤差信号までの振幅増加率との比 ψａｂ ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番
目の能動制御装置の誤差信号までの位相と、ｂ番目の能
動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置の誤差
信号までの位相との差とすると、
目の能動制御装置の誤差信号までの振幅増加率と、ｂ番
目の能動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置
の誤差信号までの振幅増加率との比 ψａｂ ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番
目の能動制御装置の誤差信号までの位相と、ｂ番目の能
動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置の誤差
信号までの位相との差とすると、
【数２１】
となる。
【００３１】式(34)の固有値は、
【数２２】
のｘについての解であり、ｘnをｘのｎ番目の解である
とすると ｜ｘn｜＜１ (n=1,2, … ，Ｋ) (36) を満たすとき、この能動制御装置は安定的に制御され
る。式(36)は変数としてαを含んでいるが、αは０≦α
≪１であり、α＝０のとき｜ｘn｜＝１(n=1,2,…，Ｋ)
を考慮すると｜ｘn｜のα＝０における微分係数が負で
あるとき、すなわち
とすると ｜ｘn｜＜１ (n=1,2, … ，Ｋ) (36) を満たすとき、この能動制御装置は安定的に制御され
る。式(36)は変数としてαを含んでいるが、αは０≦α
≪１であり、α＝０のとき｜ｘn｜＝１(n=1,2,…，Ｋ)
を考慮すると｜ｘn｜のα＝０における微分係数が負で
あるとき、すなわち
【数２３】
であるならば、式(36)は満たされることが分かる。この
ようにすることにより、αの値に依存せずに安定に制御
される条件を求めることができる。
ようにすることにより、αの値に依存せずに安定に制御
される条件を求めることができる。
【００３２】したがって、上述の２チャネル能動制御装
置がクロストークを考慮せずに、安定に制御されるに
は、次の２式を満たす必要がある。
置がクロストークを考慮せずに、安定に制御されるに
は、次の２式を満たす必要がある。
【数２４】
【００３３】ρ12、ρ21、ψ12、ψ21の値は、上に述べ
た構成の２チャネル能動騒音制御装置の制御信号と誤差
信号の伝達関数を測定して、その結果から求める。伝達
関数の測定方法を示すブロック図を図２に示す。第１チ
ャネルのスピーカ２ａにホワイトノイズを入力し、第２
チャネルの誤差検出マイク３ｂが検出した誤差信号とホ
ワイトノイズをＦＦＴアナライザに入力する。これを全
てのスピーカと誤差検出マイクの組み合わせについて行
う。スピーカにホワイトノイズを入力するのは、精度良
く伝達関数を計算するためであり、ＦＦＴアナライザを
用いた理由も同様に、精度良く伝達関数を計測するため
である。よって、他の方法により、より精度良く伝達関
数を計測できるときは、その方法を用いたほうが良い。
た構成の２チャネル能動騒音制御装置の制御信号と誤差
信号の伝達関数を測定して、その結果から求める。伝達
関数の測定方法を示すブロック図を図２に示す。第１チ
ャネルのスピーカ２ａにホワイトノイズを入力し、第２
チャネルの誤差検出マイク３ｂが検出した誤差信号とホ
ワイトノイズをＦＦＴアナライザに入力する。これを全
てのスピーカと誤差検出マイクの組み合わせについて行
う。スピーカにホワイトノイズを入力するのは、精度良
く伝達関数を計算するためであり、ＦＦＴアナライザを
用いた理由も同様に、精度良く伝達関数を計測するため
である。よって、他の方法により、より精度良く伝達関
数を計測できるときは、その方法を用いたほうが良い。
【００３４】ＦＦＴアナライザで計測した伝達関数の結
果をもとに１番目の能動騒音制御装置の制御信号から２
番目の能動騒音制御装置の誤差信号までの振幅増加率と
２番目の能動騒音制御装置の制御信号から２番目の能動
騒音制御装置の誤差信号までの振幅増加率との比ρ12、
および１番目の能動騒音制御装置の制御信号から２番目
の能動騒音制御装置の誤差信号までの位相と２番目の能
動騒音制御装置の制御信号から２番目の能動騒音制御装
置の誤差信号までの位相との差ψ12を求める。ρ21、ψ
21についても同様に求める。そして、式(39)を２チャネ
ル能動騒音制御装置について解いた式(40)を満たすよう
にスピーカと誤差検出マイクを配置する。このようにす
ることにより、新たに能動騒音制御装置に付加的なフィ
ルタを用いることなく、消音が可能となる。
果をもとに１番目の能動騒音制御装置の制御信号から２
番目の能動騒音制御装置の誤差信号までの振幅増加率と
２番目の能動騒音制御装置の制御信号から２番目の能動
騒音制御装置の誤差信号までの振幅増加率との比ρ12、
および１番目の能動騒音制御装置の制御信号から２番目
の能動騒音制御装置の誤差信号までの位相と２番目の能
動騒音制御装置の制御信号から２番目の能動騒音制御装
置の誤差信号までの位相との差ψ12を求める。ρ21、ψ
21についても同様に求める。そして、式(39)を２チャネ
ル能動騒音制御装置について解いた式(40)を満たすよう
にスピーカと誤差検出マイクを配置する。このようにす
ることにより、新たに能動騒音制御装置に付加的なフィ
ルタを用いることなく、消音が可能となる。
【数２５】
【００３５】また、スピーカと誤差検出マイクの位置が
固定されている場合は、図３に示すように、各チャネル
ごとに誤差検出マイクと係数更新手段との間にフィルタ
を配置して、誤差信号をフィルタを用いて変形すること
で式(40)を満たすようにする。このようにしても従来技
術に比較して、部品数は少なく、チャネル数が増えるほ
ど、従来技術の部品数との差は顕著となる。ただし、伝
達関数が精度良く計測されない周波数、すなわち制御信
号と誤差信号間のコヒーレンスが悪い周波数では、伝達
関数の精度はあまりよくないと考えられるため、その周
波数に上記技術を用いるときには注意が必要である。
固定されている場合は、図３に示すように、各チャネル
ごとに誤差検出マイクと係数更新手段との間にフィルタ
を配置して、誤差信号をフィルタを用いて変形すること
で式(40)を満たすようにする。このようにしても従来技
術に比較して、部品数は少なく、チャネル数が増えるほ
ど、従来技術の部品数との差は顕著となる。ただし、伝
達関数が精度良く計測されない周波数、すなわち制御信
号と誤差信号間のコヒーレンスが悪い周波数では、伝達
関数の精度はあまりよくないと考えられるため、その周
波数に上記技術を用いるときには注意が必要である。
【００３６】また図４に示すように、騒音検出マイクか
らの信号を、フィルタを介することにより、式(40)を満
たさない、すなわち発散する可能性のある周波数を検出
信号から除去するのも有効である。このようにすること
により、誤差信号にフィルタを用いて式(40)を満たすよ
りも簡単な構成で安定に制御を行わせることができる。
らの信号を、フィルタを介することにより、式(40)を満
たさない、すなわち発散する可能性のある周波数を検出
信号から除去するのも有効である。このようにすること
により、誤差信号にフィルタを用いて式(40)を満たすよ
りも簡単な構成で安定に制御を行わせることができる。
【００３７】本発明は、上記実施例に示した構成に限る
ものではない。すなわち、上記実施例においては信号処
理手段として適応型ＦＩＲフィルタを用いているが、本
発明は、適応型ＩＩＲフィルタやラチスフィルタ等を用
いた場合にも適用できる。
ものではない。すなわち、上記実施例においては信号処
理手段として適応型ＦＩＲフィルタを用いているが、本
発明は、適応型ＩＩＲフィルタやラチスフィルタ等を用
いた場合にも適用できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、複数の能動制御装置が、その
装置内の誤差検出手段を用いて制御する構成であるが、
式(1)および式(2)を満たすように処理を行うので、クロ
ストークを考慮せずに安定な制御が可能となり、かつシ
ステムの簡単化、部品点数とコストの低減を図れる。さ
らに式(3)を満たせば、αに依存しないで、安定な制御
が可能となる。また式(3)を満たすように出力手段と誤
差検出手段を配置するから、信号処理制御手段の制御信
号を変更せずに安定に制御できる。あるいは式(3)を満
たすように誤差信号を変形すれば、出力手段と誤差検出
手段が固定されていても、安定に制御できる。さらに検
出信号から式(3)を満たさない周波数を除去することに
よっても、安定に制御できる。
装置内の誤差検出手段を用いて制御する構成であるが、
式(1)および式(2)を満たすように処理を行うので、クロ
ストークを考慮せずに安定な制御が可能となり、かつシ
ステムの簡単化、部品点数とコストの低減を図れる。さ
らに式(3)を満たせば、αに依存しないで、安定な制御
が可能となる。また式(3)を満たすように出力手段と誤
差検出手段を配置するから、信号処理制御手段の制御信
号を変更せずに安定に制御できる。あるいは式(3)を満
たすように誤差信号を変形すれば、出力手段と誤差検出
手段が固定されていても、安定に制御できる。さらに検
出信号から式(3)を満たさない周波数を除去することに
よっても、安定に制御できる。
【図１】本発明に係る能動制御装置の第１の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】伝達関数測定手段を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る能動制御装置の第２の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図４】本発明に係る能動制御装置の第３の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】従来の能動騒音制御装置のブロック図である。
【図６】従来の能動騒音制御装置のブロック図である。
１ 騒音検出マイク
２ａ，２ｂ スピーカ
３ａ，３ｂ 誤差検出マイク
４ａ，４ｂ 適応型ＦＩＲフィルタ
５ａ，５ｂ 検出信号補正用ＦＩＲフィルタ
６ａ，６ｂ 係数更新手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G10K 11/178
F01N 1/00
G01H 3/00
H03H 21/00
Claims (5)
- 【請求項１】 制御対象とする物理量を検出し検出信号
を出力する検出手段と、前記検出信号を入力して制御信
号を出力する信号処理手段と、前記制御信号を入力して
制御信号を物理量に変換する出力手段と、希望する物理
量との誤差を検出して誤差信号を出力する誤差検出手段
と、前記検出信号を入力して補正信号を出力する検出信
号補正手段と、前記補正信号と前記誤差信号とを入力し
て希望する物理量との誤差を低減させるために前記信号
処理手段を制御する信号処理制御手段とを有する能動制
御装置を複数チャネル備え、前記検出信号補正手段は、同一チャネルにおいて、前記
信号処理手段の制御信号により前記誤差検出手段の誤差
信号を出力する過程の伝達特性を推定した補正信号を出
力し、 各能動制御装置は、制御対象とする物理量の各周波数に
ついて、次の式（１）および式（２）を満たすように構
成されることを特徴とする多チャネル能動制御装置。 【数１】 ただし、 ｄｅｔＡ ：Ａの行列式 α ：０≦α≪１ ρab ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番目の
能動制御装置の誤差信号までの振幅増加率と、ｂ番目の
能動制御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置の誤
差信号までの振幅増加率との比 ψab ：ａ番目の能動制御装置の制御信号からｂ番目の
能動制御装置の誤差信号までの位相と、ｂ番目の能動制
御装置の制御信号からｂ番目の能動制御装置の誤差信号
までの位相との差 ｘn ：１式のｘについてのｎ番目の解 Ｋ ：能動制御装置の数 であるとする。 - 【請求項２】 請求項１において、各能動制御装置は、
式(3)を満たすように構成されることを特徴とする多チ
ャネル能動制御装置。 【数２】 - 【請求項３】 請求項２において、前記式(3)を満たす
ように出力手段と誤差検出手段を配置する多チャネル能
動制御装置。 - 【請求項４】請求項２において、前記式(3)を満たすよ
うに誤差信号を変形する手段を備えた多チャネル能動制
御装置。 - 【請求項５】 請求項２において、前記式(3)を満たさ
ない周波数を検出信号から除去する手段を備えた多チャ
ネル能動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20890394A JP3444982B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | 多チャネル能動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20890394A JP3444982B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | 多チャネル能動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0876770A JPH0876770A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3444982B2 true JP3444982B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=16564040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20890394A Expired - Fee Related JP3444982B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | 多チャネル能動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3444982B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101276304B1 (ko) * | 2011-11-15 | 2013-06-24 | 삼성중공업 주식회사 | 다채널 센싱 장치 및 이를 이용한 풍력 발전 장치 |
-
1994
- 1994-09-01 JP JP20890394A patent/JP3444982B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0876770A (ja) | 1996-03-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |