JP4069055B2 - アクティブ消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、騒音場に存在する雑音に対し、該雑音と実質的に等大で逆位相の信号（以下、「消音信号」とする）を干渉させることにより、前記雑音を打ち消すアクティブ消音装置に関するものである。より詳しくは、消音出力手段から残留騒音を検出するための検出手段に到るまでの音場伝達関数の同定に際し、消音出力手段から発生させる音の出力レベルの設定に関するものである。

従来、騒音場に存在する雑音に対し、該雑音と実質的に等大で逆位相の消音信号を干渉させることにより、前記雑音を打ち消すようにしたアクティブ消音装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１で開示されるアクティブ消音装置の構成は、図５に示すごとくの構成であり、騒音場３０に第一・第二検出手段３１・３２を設け、該検出手段３１・３２の間を音場伝達関数Ｗ１で表すものであり、消音出力手段３３から消音信号を発生させて消音を行うものである。

また、騒音場３０の音響特性（音場伝達関数Ｗ１）は経時的に変化するため、その変化に追従して安定した消音を行うべく、図５に示すアクティブ消音装置においては、第一適応フィルタ手段４１と、この第一適応フィルタ手段４１を制御する第一制御手段４３を設ける構成としている。この構成において、この第一制御手段４３は、消音信号によっては消音しきれなかった残留騒音に基づいて、前記第一適応フィルタ手段４１の伝達係数Ｗｋ１を変更し、該伝達係数Ｗｋ１と、第一適応フィルタ手段４１の出力側から第二検出手段３２に到るまでの第二伝達関数Ｃ１の合成伝達関数〔Ｗｋ１×Ｃ１〕を、前記音場伝達関数Ｗ１に同定させるようにしている。

また、騒音場３０に存在する雑音の温度や流速が変化した場合には、前記第二伝達関数Ｃ１が変化することがあり、前記合成伝達関数〔Ｗｋ１×Ｃ１〕を音場伝達関数Ｗ１に同定させる必要が生じる。このため、アクティブ消音装置においては、第二適応フィルタ手段４２、この第二適応フィルタ手段４２を制御する第二制御手段４４、そして、前記消音出力手段３３を介して騒音場３０に擬似音（以下、「同定音」とする）を出力させるための同定音出力手段４５を設ける構成としている。該同定音出力手段４５からは、例えば、Ｍ系列信号が同定音として出力されるものである。この構成において、第二制御手段４４は、第二検出手段３２より検出される、打ち消されずに残った残留成分に基づいて、定期的に、第二適応フィルタ手段４２の伝達関数Ｃ＾１を、前記第二伝達関数Ｃ１に同定させるようにしている。

また、前記同定音出力手段４５より出力させる同定音ｍ１は、レベル設定器４６により出力レベルを調整させた後に、消音出力手段３３より同定音として出力されるものである。このように同定音ｍ１の出力レベルを調整させるのは、図６に示すごとく、同定音６１の残留騒音６０に対する音圧を超過させることにより、同定音６１を残留騒音６０に埋もれさせることなく、同定音６１を第二検出手段３２によって確実に検出できるようにするためである。そして、特許文献１に開示される技術では、レベル調整手段４７により前記レベル設定器４６の出力レベルを調整し、残留騒音に対する音圧の超過量を必要かつ十分なレベルに抑えるようにしている。このように音圧の超過量を抑えることにより、該超過量を聴感上目立たなくして、同定音自体が騒音とならないようにしている。

特許第２９５５８５５号公報

また、一方、図６に示すごとく、第二適応フィルタ手段４２の伝達関数Ｃ＾１の同定は、所定間隔を空けて定期的に行われるようになっており、時間Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３において、それぞれ同定が開始されるようになっている。そして、この伝達関数Ｃ＾１の同定中においては、図７に示すごとく、一定の出力レベル６３の音圧（ｄＢ）で同定音６１を出力し、超過量６２を一定の範囲に抑えるようにし、同定音６１自体が騒音とならないようにしている。ここで、前記レベル調整手段４７は、伝達関数Ｃ＾１の同定を開始する直前の時間ｔ１に前記第二検出手段３２にて検出された残留騒音６０のレベルに基づいて、前記レベル設定器４６の出力レベルを決めるようにしている。

上述の背景技術においては、伝達関数Ｃ＾１の同定中の残留騒音６０のレベルが一定であることを前提としており、図８の（ａ）・（ｂ）に示すごとく、同定中においても残留騒音７０のレベルが変動するような場合（例えば、エンジンを騒音源とするような騒音場にあって、舶用主機としてエンジンが使用され、その回転数が変動するような場合）を想定してはいなかった。

このように、伝達関数Ｃ＾１の同定中において、残留騒音７０のレベルが変動する騒音場において、上述したごとく、同定開始直前（時間ｔ１）に第二検出手段３２で検出された残留騒音７０のレベルに基づいて同定音７１の出力レベル７３を決定し、一定の出力レベル７３で同定音７１を出力してしまうと、図８の（ａ）に示すごとく、残留騒音７０が低下した場合においては、同定音の超過量が、同定開始直後の超過量よりも大きくなってしまうことになる。即ち、図８の（ａ）に示すごとく、同定開始直後の時間ｔ１においては、超過量７２ａが適切な範囲に抑えられるが、残留騒音７０が低下することにより、時間ｔ２の直後においては超過量７２ｂ、さらに、時間ｔ５の直後においては超過量７２ｆとなり、同定音７１の超過量が大きくなりすぎてしまうのである。このようなことでは、該同定音７１自体が騒音となってしまうことになる。逆に、図８の（ｂ）に示すごとく、騒音場において、残留騒音７０が増加するような場合においては、同定音の超過量の不足により、該同定音が排気音に埋もれてしまうことになり、伝達関数Ｃ＾１を正確に同定できず、同定の精度の低下をもたらすことになってしまう。例えば、時間ｔ６においては、不足量７４ｆが発生してしまうことになる。

一方、上述の特許文献１においては、同定音の出力レベルを調整するタイミングについては、具体的に開示されておらず、上述したごとく、同定中に残留騒音のレベルが変動する騒音場に上記構成のアクティブ消音装置が適用される場合おいては、超過量が大となることによる同定音自体の騒音化や、同定音の出力不足による伝達関数Ｃ＾１の同定精度の低下といった不具合を生じさせてしまうことになる。即ち、特許文献１では、同定中でも残留騒音のレベルが変動するような音場にアクティブ消音装置を使用する場合にあっては、前記同定音の出力の超過量や不足量を適切に調整することができないのである。

そこで、本発明においては、上述した機能を呈する第二適応フィルタ手段の伝達関数の同定中に残留騒音のレベルが変動する騒音場においても、同定中の残留騒音に対する同定音のレベルを調整し、同定音の出力超過による騒音の発生、もしくは同定音の出力不足による伝達関数Ｃ＾１の同定精度の低下を防ぐための技術を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、騒音音源を検出するための第一検出手段、残留騒音を検出するための第二検出手段、消音出力手段、前記第一検出手段の出力信号に基づき、前記消音出力手段の出力を制御する第一適応フィルタ手段、前記第一、第二検出手段の出力信号に基づき、前記第一適応フィルタ手段の伝達関数と、この第一適応フィルタ手段の出力側から第二検出手段に到るまでの第二伝達関数の合成による第一合成伝達関数が、第一検出手段から第二検出手段に到るまでの音場伝達関数と同定するように前記第一適応フィルタ手段の伝達関数を制御する第一適応フィルタ制御手段、前記第一検出手段の前記第一適応フィルタ制御手段の間に介在する第二適応フィルタ手段、同定音出力手段、第二検出手段の出力信号に基づき同定音の出力レベルを制御するレベル調整手段、同定音と第二検出手段の出力信号に基づき第二適応フィルタ手段の伝達関数が前記第二伝達関数と同定するように制御する第二適応フィルタ制御手段、を有するアクティブ消音装置において、前記第二適応フィルタ手段の伝達関数を前記第二伝達関数と同定させるに際し、前記同定音出力手段は、同定音を所定周期で間欠的に出力するとともに、前記同定音出力手段から消音出力手段を介して騒音場へ出力される同定音のレベルを、該同定音の出力直前の第二検出手段の出力信号に基づいて、レベル調整手段により、残留騒音に対し超過量が略一定となるように調整する構成とすることである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、請求項１に記載の発明においては、同定中に騒音レベルが変動する際に、同定音の出力レベルの調整を行う構成とすることで、特に、残留騒音のレベルが変動する騒音場にとって好適なアクティブ消音装置の構成を実現することができる。

伝達関数の同定中に残留騒音のレベルが変動する騒音場においても、同定音の残留騒音に対する超過量又は不足量を適正に調整するという目的を、同定音の出力に際し、前記同定音出力手段は、同定音を所定周期で間欠的に出力するとともに、同定音出力手段から消音出力手段を介して騒音場へ出力される同定音のレベルを、該同定音の出力直前の第二検出手段の出力信号に基づいて、レベル調整手段により、残留騒音に対し超過量が略一定となるように調整することで達成する。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明にかかるアクティブ消音装置の制御ブロック図、図２は本発明におけるアクティブ消音装置において定期的に行われる同定について示す図、図３は残留騒音が減少する場合の同定音の出力レベルの調整について示す図、図４は残留騒音が増加する場合に同定音の出力レベルの調整について示す図である。図５は従来のアクティブ消音装置の制御ブロック図、図６は従来のアクティブ消音装置において定期的に行われる同定について示す図、図７は従来のアクティブ消音装置において、残留騒音が一定の騒音場における同定音の超過量について示す図、図８の（ａ）は同じく残留騒音が増加する騒音場を想定した場合の同定音の超過量について示す図、図８の（ｂ）は同じく残留騒音が減少する騒音場を想定した場合の同定音の出力不足について示す図である。

まず、本発明のアクティブ消音装置の基本構成について説明する。図１に示すアクティブ消音装置においては、第一検出手段であるセンサーマイク１を管２１内における騒音源側の所定位置に設け、該センサーマイク１により騒音場２０の騒音を検出するようにしている。

また、アクティブ消音装置においては、消音出力手段である消音用スピーカ４を、前記管２１より分岐した管からその出力が騒音場２０に送り込まれる位置に設けている。

また、アクティブ消音装置においては、騒音場２０の騒音の流れ方向において消音用スピーカ４（前記管２１の合流位置）よりも下流側に、第二検出手段であるモニターマイク２を設け、該モニターマイク２により、消音されなかった騒音、即ち、残留騒音を検出するようにしている。

また、アクティブ消音装置は、前記センサーマイク１の検出信号ｘに基づき消音用スピーカ４の出力を制御する第一適応フィルタ手段５を具備している。該第一適応フィルタ手段５は、伝達関数Ｗｋで表される。

また、アクティブ消音装置は、第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋを制御する第一適応フィルタ制御手段であるＬＭＳ演算器６を具備している。該ＬＭＳ演算器６は、センサーマイク１の検出信号ｘ及びモニターマイク２の出力信号ｅに基づき、第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋと、この第一適応フィルタ手段５の出力側からモニターマイク２に到るまでの第二伝達関数Ｃの合成による第一合成伝達関数〔Ｗｋ×Ｃ〕が、センサーマイク１からモニターマイク２に到るまでの音場伝達関数Ｗに同定するように、伝達関数Ｗｋの係数を調節する。

また、アクティブ消音装置は、前記センサーマイク１とＬＭＳ演算器６の間に、第二適応フィルタ手段７を具備している。該第二適応フィルタ手段７は、伝達関数Ｃ＾で表される。

また、アクティブ消音装置は、同定音ｍを出力する同定音出力手段としての同定音出力手段８を具備している。該同定音出力手段８からは、例えば、Ｍ系列（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｎｇｔｈ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）の同定音ｍが出力される。

また、アクティブ消音装置は、モニターマイク２の出力信号ｅに基づき、前記同定音出力手段８から出力する同定音ｍの出力レベルを制御するレベル調整手段９を具備している。

また、アクティブ消音装置は、第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾を制御する第二適応フィルタ制御手段であるＬＭＳ演算器１０を具備している。該ＬＭＳ演算器１０は、前記同定音ｍとモニターマイク２の出力信号ｅとから求められる差分信号εに基づき、第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾が、前記第二伝達関数Ｃと同定するように、伝達関数Ｃ＾の係数を調節する。

以上のように構成されたアクティブ消音装置の基本動作について説明する。まず、騒音場２０の騒音がセンサーマイク１で検出され、その検出信号ｘが第一適応フィルタ手段５及び第二適応フィルタ手段７に入力される。なお、騒音場２０の騒音は、例えばエンジン音等である。また、モニターマイク２では、消音用スピーカ４からの出力音と騒音場２０の騒音とが干渉したものが検出され、これにより、第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋを変化させ、フィードバック信号であるモニターマイク２の出力信号ｅが最小となるように消音用スピーカ４の出力を調節して、騒音を減衰させるようにしている。

ここで、第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋの同定は、次のように行われる。モニターマイク２の出力信号ｅ、及び第二適応フィルタ手段７からの出力信号ｒは、第一適応フィルタ制御手段であるＬＭＳ演算器６に入力される。そして、該ＬＭＳ演算器６は、出力信号ｅと出力信号ｒに基づき、出力信号ｅを最小とすべくＬＭＳ演算（最小二乗法）を行うとともに、演算結果に基づいて第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋの係数を調節し、該伝達関数Ｗｋを同定する。

また、第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾の同定は、次のように行われる。モニターマイク２の出力信号ｅに基づく差分信号ε、及び、前記同定音出力手段８から発せられる同定音ｍは、第二適応フィルタ制御手段であるＬＭＳ演算器１０に入力される。そして、該ＬＭＳ演算器１０は、差分信号εと同定音ｍに基づき差分信号εを最小とすべくＬＭＳ演算（最小二乗法）を行うとともに、該演算結果に基づいて第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾の係数を調節し、該伝達関数Ｃ＾を同定する。なお、差分信号εについては、後に詳述するものとする。

以上のように、本発明のアクティブ消音装置は、騒音音源を検出するための第一検出手段であるセンサーマイク１、残留騒音を検出するための第二検出手段であるモニターマイク２、消音出力手段である消音用スピーカ４、伝達関数Ｗｋで表され、前記センサーマイク１の出力信号に基づき消音用スピーカ４の出力信号を制御する第一適応フィルタ手段５、センサーマイク１及びモニターマイク２の出力信号に基づき第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋと、第一適応フィルタ手段５の出力側からモニターマイク２に到るまでの第二伝達関数Ｃの合成による第一合成伝達関数〔Ｗｋ×Ｃ〕が、センサーマイク１からモニターマイク２に到るまでの音場伝達関数Ｗと同定するように第一適応フィルタ手段５の伝達関数Ｗｋを制御する第一適応フィルタ制御手段であるＬＭＳ演算器６、伝達関数Ｃ＾で表され、センサーマイク１とのＬＭＳ演算器６間に介在する第二適応フィルタ手段７、Ｍ系列の同定音ｍを出力する同定音出力手段８、モニターマイク２の出力信号に基づき同定音ｍの出力レベルを制御するレベル調整手段９、同定音ｍとモニターマイク２の出力信号に基づき第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾が前記第二伝達関数Ｃと同定するように制御する第二適応フィルタ制御手段であるＬＭＳ演算器１０、を有する構成とするものである。

そして、以上の構成において、図２に示すごとく、前記第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾と、第二伝達関数Ｃとを定期的に同定させるに際し、前記同定音出力手段８は、図３に示すごとく、同定音ｍ（同定音５１）を間欠的に出力するとともに、消音用スピーカ４から騒音場２０へ出力される同定音５１のレベルを、該同定音５１の出力直前の各時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６における、モニターマイク２の出力信号ｅに基づいて、レベル調整手段９により調整する構成としている。即ち、前記同定音ｍを間欠的に出力するとは、図３及び図４に示すごとく、各時間ｔ１・ｔ２・・・のタイミングにおいて、所定時間、超過量５２ａ・５２ｂ・・・の同定音５１を出力させるべく、同定音ｍを出力することをいうものである。また、前記レベル調整手段９により調整するとは、図３及び図４に示すごとく、残留騒音５０が減少（図３）又は増加（図４）した場合であっても、残留騒音５０に対する超過量５２ａ・５２ｂ・・・を略一定にすることをいうものである。

このように第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾を第二伝達関数Ｃと同定させることによれば、図３及び図４に示すごとく、前記伝達関数Ｃ＾の同定中においても、時間ｔ１・ｔ２・・・において同定音ｍを出力するに際し、その都度、検出される残留騒音５０に基づいた同定音５１のレベルが調整され、同定音５１の残留騒音に対する超過量５２ａ・５２ｂ・・・を適正な範囲に収めることができる。即ち、図３に示すごとく、残留騒音５０が減少するような場合には、各時間ｔ１・ｔ２・・・の直後における各超過量５２ａ・５２ｂ・・・は、適正な範囲、即ち、同定音５１自体が騒音とならない範囲に抑えられるものであり、これにより、第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾の同定中において、残留騒音５０の騒音レベルが変動する場合における同定音５１自体によって、騒音を発生させてしまうといった不具合の発生を防止できるようになる。

また、逆に、図４に示すごとく、残留騒音５０が増加するような場合には、各時間ｔ１・ｔ２・・・の直後における各超過量５２ａ・５２ｂ・・・は、適正な範囲、即ち、同定音５１が残留騒音５０に埋もれてしまうことなく、同定音５１が適切に検出できる範囲とするものであり、これにより、同定音の出力不足による伝達関数Ｃ＾の同定精度の低下といった不具合の発生を防止できるようになる。

そして、このように、同定中に騒音レベルが変動する際に、同定音５１の出力レベルの調整を行う構成とすることで、特に、残留騒音５０のレベルが変動する騒音場２０にとって好適なアクティブ消音装置の構成を実現することができる。

また、前記第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾の第二伝達関数Ｃとの同定において、前記第二適応フィルタ制御手段としてのＬＭＳ演算器１０には、レベル設定前の同定音ｍ、即ち、同定音出力手段８（ＭＬＳ出力部）より直接入力される同定音ｍと、レベル設定前の同定音ｍを第二適応フィルタ手段７に入力し、第二適応フィルタ手段７を経た後に、音場への出力に際し前記レベル設定器１１で行われるレベル設定と同等のレベル設定を行うレベル設定器１２により、レベル設定を行った同定音ＡｍＣ＾と、モニターマイク２の出力信号ｅとの差分信号εを入力し、ＬＭＳ演算器１０により第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾の係数を調節し、第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾を第二伝達関数Ｃと同定させることとするものである。

以上のように、差分信号εと、同定音ｍとをＬＭＳ演算器１０に入力し、該ＬＭＳ演算器１０によりＬＭＳ演算（最小二乗法）を行うとともに、該演算結果に基づいて第二適応フィルタ手段７の伝達関数Ｃ＾の係数を調節し、該伝達関数Ｃ＾を同定するものである。そして、以上の構成においては、レベル設定器１１・１２を備えることで同定音を確実に検出することができるようになっており、レベル設定器１１にて出力レベルを調整させることに対応して、レベル設定器１２にて出力レベルを調整させることにより、前記差分信号εと、前記同定音ｍのＬＭＳ演算（最小二乗法）に対応させるようにしている。

本発明は、同定中でも残留騒音のレベルが変動するような場合（例えば、エンジンを騒音源とするような騒音場にあって、舶用主機としてエンジンが使用され、その回転数が変動するような場合）が想定される騒音場において、特に有効な構成となる。

本発明にかかるアクティブ消音装置の制御ブロック図である。 本発明におけるアクティブ消音装置において定期的に行われる同定について示す図である。 残留騒音が減少する場合の同定音の出力レベルの調整について示す図である。 残留騒音が増加する場合に同定音の出力レベルの調整について示す図である。 従来のアクティブ消音装置の制御ブロック図である。 従来のアクティブ消音装置において定期的に行われる同定について示す図である。 従来のアクティブ消音装置において、残留騒音が一定の騒音場における同定音の超過量について示す図である。 （ａ）は、同じく残留騒音が増加する騒音場を想定した場合の同定音の超過量について示す図である。（ｂ）は、同じく残留騒音が減少する騒音場を想定した場合の同定音の出力不足について示す図である。

符号の説明

１ センサーマイク
２ モニターマイク
４ 消音用スピーカ
５ 第一適応フィルタ手段
６ ＬＭＳ演算器
７ 第二適応フィルタ手段
８ 同定音出力手段
９ レベル調整手段
１０ ＬＭＳ演算器
１１ レベル設定器
１２ レベル設定器
２０ 騒音場

Claims (1)

1. 騒音音源を検出するための第一検出手段、
   残留騒音を検出するための第二検出手段、
   消音出力手段、
   前記第一検出手段の出力信号に基づき、前記消音出力手段の出力を制御する第一適応フィルタ手段、
   前記第一、第二検出手段の出力信号に基づき、前記第一適応フィルタ手段の伝達関数と、この第一適応フィルタ手段の出力側から第二検出手段に到るまでの第二伝達関数の合成による第一合成伝達関数が、第一検出手段から第二検出手段に到るまでの音場伝達関数と同定するように前記第一適応フィルタ手段の伝達関数を制御する第一適応フィルタ制御手段、
   前記第一検出手段と前記第一適応フィルタ制御手段の間に介在する第二適応フィルタ手段、
   同定音出力手段、
   第二検出手段の出力信号に基づき同定音の出力レベルを制御するレベル調整手段、
   同定音と第二検出手段の出力信号に基づき第二適応フィルタ手段の伝達関数が前記第二伝達関数と同定するように制御する第二適応フィルタ制御手段、
   を有するアクティブ消音装置において、
   前記第二適応フィルタ手段の伝達関数を前記第二伝達関数と同定させるに際し、
   前記同定音出力手段は、同定音を所定周期で間欠的に出力するとともに、
   前記同定音出力手段から消音出力手段を介して騒音場へ出力される同定音のレベルを、該同定音の出力直前の第二検出手段の出力信号に基づいて、レベル調整手段により、残留騒音に対し超過量が略一定となるように調整する構成とする、
   ことを特徴とするアクティブ消音装置。

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