JP5439118B2 - 騒音制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、騒音制御装置に関し、より特定的には、小型化あるいは低コスト化などのため、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない周波数帯域を含む場合でも、その周波数帯域での悪影響を防止しつつ、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う周波数帯域での騒音を低減させる騒音制御装置に関するものである。

騒音源から出力される騒音と逆位相の音を制御スピーカから再生して騒音を打ち消す、所謂、能動騒音制御の考えは古くから存在している。従来からアナログのフィードバック制御（以降、ＦＢ制御と称す）による能動騒音制御の実用化が図られ、アナログのＦＢ制御は現在でもヘッドホンなどで一般的に用いられている。図４５は、ＦＢ制御の騒音制御装置の基本構成を示す図である。

アナログのＦＢ制御を用いた場合は、コストを比較的低く抑えることはできる。しかし、アナログのＦＢ制御は、複雑な制御特性を実現するのが困難であり、またＦＢ制御に存在する発振条件のため、安定した良好な騒音低減効果を得にくいという問題がある。またヘッドホンなどのように１次元空間におけるアナログＦＢ制御は、上記問題があるとしてもコスト対効果を考えれば適切な選択肢であり、事実、数多くの実用化例がある。

しかし、自動車などの３次元空間において、デジタル制御でＦＢ制御を行う場合には、発振などの関係で、ＦＢ制御はフィードフォワード制御（以降、ＦＦ制御と称す）よりも処理が複雑となる。その結果、デジタル制御でＦＢ制御を行う実用化例は全くと言ってよいほど存在しない。また空調ダクトなどの１次元制御であったとしても、騒音変化や制御スピーカ特性やマイク特性などの経年変化を考慮し、デジタルでの適応ＦＦ制御が主流となっている。そこで、まずＦＦ制御について説明する。

図４３は、ＦＦ制御の基本構成を示す図である。

騒音源１からの騒音が、騒音伝達系２００を経て制御点４に到達するのに合わせて、信号処理部３００が騒音信号を処理して制御信号を生成する。そして、信号処理部３００は、制御点４において、騒音伝達系２００を経て制御点４に到達する騒音に、制御信号を加える。制御点４において両者が合成された結果、騒音が低減される。つまり、信号処理部３００は、騒音伝達系２００を経て制御点４に到達する騒音と逆特性（同一振幅、かつ、逆位相）を有する制御信号を生成すればよい。また、図４３からも明らかなように、ＦＦ制御では、騒音伝達系２００の騒音伝達時間Ｔと信号処理部３００の処理時間τとは、τ＝Ｔでなければならない。ここで、図４３に示したＦＦ制御をデジタル処理で実現する場合、信号処理部３００は、通常、ＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタで構成される。このため、信号処理部３００における処理は、必ず、デジタル遅延による時間遅れ処理となる。よって、例えばＦＩＲフィルタの係数で遅れ時間を微調整できるため、信号処理部３００の処理時間条件は、τ≦Ｔであればよい。これにより、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合うこととなる。

ところで、図４３は、騒音伝達系２００が変動しないことを前提にしているが、実際は変動することが多い。例えば、排気管などに応用する場合には温度による音速の変化などがあるし、自動車の走行騒音では路面や速度あるいは乗員数や乗員位置などの走行状態での騒音（伝達特性）変化が発生する。このような変化の吸収を図るために、適応ＦＦ制御を用いる。図４４は、適応ＦＦ制御を用いた場合の騒音制御装置の基本構成を示す図であ
る。図４４に示すように、制御点４での結果が信号処理部３００に誤差信号として戻され、信号処理部３００は、その誤差信号を元に信号処理部３００の制御特性（係数）を変化させる。

ここで、図４４に示した適応ＦＦ制御を用いた場合、信号処理部３００の制御特性（係数）を正確に収束させるためには、騒音源１から出力された騒音信号である参照信号（図４４の信号ａ）と誤差信号（図４４の信号ｂ）との相関性（コヒーレンス）が重要となる。相関性が低いと正確な係数を求めることができないために、騒音低減効果が十分に得られない結果となる（例えば、特許文献１、非特許文献１）。特に特許文献１では、３次元制御を行う場合のマルチコヒーレンスについても言及しており、この場合もコヒーレンスが高いほど騒音低減効果が大きいことが示されている。

以上より、適応ＦＦ制御では、
（１） 騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う
（２） 参照信号と誤差信号との相関性が高い
ことが、騒音低減効果を最大限に得るための条件と言える。

ところで、騒音制御処理を騒音伝達時間内に間に合わせるためには、図４３や図４４における信号処理部３００の処理時間τを騒音伝達時間Ｔよりも短くする必要があるが、コストなどの問題で必ずしも満たせるとは限らない。例えば、デジタル制御で処理時間τを短くする方法としてはサンプリング周波数を高くすることがまず考えられるが、この場合、逆に信号処理に使用できる時間余裕が短くなり（処理時間余裕はサンプリング周波数の逆数で与えられるため）、演算量が十分確保できないなどの問題が発生する。そのため、信号処理部３００内の制御フィルタタップ数を短くしたり、３次元制御の場合は騒音処理数（＝制御フィルタ数）を少なくして、全体の演算量を処理時間内に抑えられるように削減する必要が出てくる。すると、タップ数不足で低域の騒音低減効果が得られなかったり、騒音処理数不足でマルチコヒーレンスが低下して騒音低減効果が十分に得られなかったりする。

逆に、演算に要する時間を確保するためにサンプリング周波数を低くすると信号処理部３００の処理時間τが大きくなり、騒音制御処理を騒音伝達時間内に間に合わせるためには騒音伝達時間Ｔをその分大きくする必要が出てくる。このことは通常、騒音源１から制御点４の距離を長くすることを意味する。すると、騒音制御システム全体が大きくなり、あるいはヘッドホンや掃除機など小型の製品に、このような騒音制御システムを適用できなくなるなどの問題が発生する。また、騒音源１から制御点４の距離が長くなると、参照信号と誤差信号との相関性が低くなることが多いのが現状である。例えば、排気用ダクトの場合、ダクト内を騒音源であるファン騒音などが伝達するが、排気も一緒に流体として通過している。そのため、騒音源１から制御点４の間で乱流などを発生して相関度を低下させるので、騒音源１から制御点４の距離が長くなるほど乱流が発生しやすく相関性が低くなる。また、他の例では、自動車や列車などの走行騒音では、エンジンやモーター以外に、ロードノイズや風切り音、周囲の車など、多数の騒音が車内に進入してくる。そのため、確実に全ての騒音をその発生位置である騒音源で、参照信号としての騒音信号を検出することは困難である。その結果、騒音伝達系の途中で、騒音信号を検出することになる。その場合、騒音信号を検出する位置が制御点４に近くなるほど、参照信号と誤差信号との相関性が高くなる。つまり換言すれば、騒音源１から制御点４の距離が長くなると、相関性は低くなる。

このように通常の騒音環境では、騒音制御処理時間を短くすることと、参照信号と誤差信号との相関性を高くすることとは、相反する関係にある。よって、従来は、この両者のバランスを取って実用化してきたのが現状である。

ここで、騒音制御処理を騒音伝達時間内に間に合わせることができない場合の影響について、さらに詳しく説明する。

図４６は図４３あるいは図４４における信号処理部３００が、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う場合の制御係数と騒音低減効果とを示している。（１）が信号処理部３００の制御係数（例えば２０４８タップのＦＩＲフィルタとする）のインパルス特性であり、（２）上が制御前の騒音特性（制御ＯＦＦ）と制御後の騒音特性（制御ＯＮ）とを示し、（２）下が制御ＯＦＦ−ＯＮの差分特性、すなわち騒音低減効果量を示している。図４６では騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っているので、制御係数ではインパルスピークが係数タップ内にきれいに表現されており、騒音低減効果も全ての周波数で６０ｄＢ程度得られている。

これに対して図４７は図４３あるいは図４４における信号処理部３００が、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない場合の制御係数と騒音低減効果とを示している。（１）のインパルス特性ではインパルスピークが係数タップ内に収まらず、０タップより前に出てしまっている。つまり、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていないことを制御係数として表している。また（２）の騒音低減効果も全ての周波数で全く低減されていない。このように、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない場合は、騒音低減効果が得られないという問題が発生する。ここで図４７では、全周波数で騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない条件を示したが、実際には、ある周波数帯域だけが間に合わない場合が多い。これについて、以下に示す。

図４８は、図４３をアナログ混在の実際例に近い構成として再記述したものである。図４８において、信号処理部３００の前後にＡＤ（アナログ−デジタル）コンバータ５とＤＡ（デジタル−アナログ）コンバータ６、そしてアンチエイリアス用のアナログＬＰＦ（ローパスフィルタ）７〜８を追加している。ここで、ＡＤコンバータ５の遅延（全周波数同一値とする）をτ１、ＤＡコンバータ６の遅延（全周波数同一値とする）をτ２、ＬＰＦ７〜８の遅延（最大群遅延）をτ３とすると、騒音制御処理を騒音伝達時間内に間に合わせるためには、
τ＋τ１＋τ２＋２×τ３≦Ｔ
であることが必要である。ここで、図４９は、図４８のアナログＬＰＦの特性を示す図である。ＬＰＦ７〜８が図４９に示す特性である場合、最大群遅延τ３は１０ｋＨｚ付近で３０サンプル（サンプリング周波数を４８ｋＨｚとすると、３０／４８０００＝０．６２５ｍｓｅｃ）以上になっている。τ、τ１、τ２は全ての周波数で同じ値なので、ＬＰＦ７〜８の最大群遅延τ３に相当する周波数１０ｋＨｚ付近で騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合うかどうかが制御のポイントとなる。

図５０は、図４９において騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない場合の（１）制御係数と（２）騒音低減効果とを示している。図５０（２）から分かるように、低域では２０〜３０ｄＢ以上の騒音低減量が得られているが、高域になるに従って効果が劣化していき、ＬＰＦ７〜８の最大群遅延τ３に相当する周波数１０ｋＨｚ付近では逆に騒音増加になっている。図５０（１）でも係数インパルスピークが係数タップ内に収まっていない。

参考までに、図４９において騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う場合の（１）制御係数と（２）騒音低減効果とを図５１に示す。図５１（２）騒音低減効果を見ると、１０ｋＨｚ以上で騒音低減量は少なくなっているが、図５０（２）のように騒音増加することはない。図５１（１）制御係数でも係数インパルスピークは係数タップ内に収まっており、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っている。図５１（２）において、１０ｋＨ
ｚ以上で騒音低減量が少なくなっているのは、図４９（１）に示すようにＬＰＦ７〜８のレベルが急激に低減しているためである。その影響を信号処理部３００が受けるため１０ｋＨｚ以上で騒音低減量が少なくなっているだけであり、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていれば、騒音増加することなく、騒音を低減することができる。

以上は、騒音制御処理時間の影響によって、高域での騒音低減量の劣化および騒音増加について説明したが、低域でも同様に騒音低減量の劣化および騒音増加が起こり得る。低域において、騒音制御処理の大きな遅延要素は制御スピーカの群遅延である。図５２は一般的なスピーカの特性を示している。当該スピーカの共振周波数ｆｏは約１５０Ｈｚであり、図５２（３）群遅延特性を見ると、当該スピーカは、共振周波数ｆｏで２ｍｓｅｃの群遅延がある。当該スピーカは、共振周波数ｆｏ以下ではさらに群遅延が大きくなるが、共振周波数ｆｏ以上では群遅延が小さくなる。

スピーカ特性をＨＰＦ（ハイパスフィルタ）で置き換えて、高域での騒音低減量の劣化および騒音増加について説明したのと同様に、低域での騒音低減量の劣化および騒音増加について説明する。図５３は、図４３の信号処理部の出力にＨＰＦを追加挿入した図である。図５４は、図５３の１次ＨＰＦ９〜１０の振幅特性と群遅延特性とを示す図である。ここで、図５２（１）から、スピーカは−１２ｄＢ／ｏｃｔ．で低域レベルが下降しているので、同じカットオフ周波数ｆｃ＝１５０Ｈｚで遮断特性−６ｄＢ／ｏｃｔ．の１次ＨＰＦを２段構成とすることで近似している。図５４（２）に示すように、１次ＨＰＦ９〜１０の１５０Ｈｚでの群遅延は、それぞれ２５サンプル（２５／４８０００＝０．５２１ｍｓｅｃ）であるため、１次ＨＰＦ９〜１０の２段構成での群遅延は、約１ｍｓｅｃとなる。図５４の１次ＨＰＦ９〜１０は、図５２のスピーカよりも群遅延は少ないものの、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない場合には、図５５（２）に示すように低域になればなるほど騒音低減効果が劣化し、１００Ｈｚ以下では騒音増加になってしまう。つまり、高域での騒音低減効果が劣化および騒音増加と同様のことが、スピーカの群遅延により低域でも発生する。参考までに、図５３において騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う場合の（１）制御係数と（２）騒音低減効果とを図５６に示す。高域の場合と同様に、図５６（２）騒音低減効果を見ると、低域になればなるほど騒音低減量は少なくなっているものの、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていれば、図５５（２）のように騒音増加することはない。

以上のように、群遅延が小さく、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っている周波数帯域では騒音低減効果が得られるが、群遅延が大きく、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない周波数帯域が存在する場合は、その周波数帯域では騒音増加が発生することが分かる。

ところで、ある周波数帯域では騒音低減効果があるが、別の周波数帯域では騒音増加が起こってしまうなどの現象は、先に説明した群遅延の問題のように、騒音制御を実用化する際にはよく直面する問題である。このようなある周波数帯域での不具合を防止する方法が従来提案されている（例えば、特許文献２）。この方法は、騒音制御を行う適応フィルタにおいて、問題となる（騒音増加する）周波数帯域の係数ゲインの上昇を抑えることで、問題発生を防止しようとするものである。

以下、従来の方法について説明する。図５７は、特許文献２に記載の基本構成を示す図である。図５７に示す騒音制御装置では、片端に開口部を有する容器１０２内に騒音源１０１があり、騒音源１０１から開口部に向かって、順に、騒音検出マイク１０３、消音用スピーカ１０５、および消音誤差検出マイク１０４が設置されている。図５７に示す騒音制御装置では、適応型デジタルフィルタを用いた制御回路が設けられている。当該適応型デジタルフィルタは、主適応型デジタルフィルタ部と、補助適応型デジタルフィルタ部とから構成されている。主適応型デジタルフィルタ部は、ＦＩＲデジタルフィルタ１０６と、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムにより制御される係数制御部１０８とから構成されており、補助適応型デジタルフィルタ部は、ＦＩＲデジタルフィルタ１１０と、ＬＭＳアルゴリズムにより制御される係数制御部１１１とから構成されている。なお、２つのＦＩＲデジタルフィルタ１０６および１１０は、係数列ｈａ（ｉ）を共有している。さらに、ＦＩＲデジタルフィルタ１１０の信号入力部にはフィルタ１０９が接続され、係数制御部１０８にはデジタルフィルタ１０７が接続されて構成されている。

当該騒音制御装置では、騒音検出マイク１０３で検出された騒音は、プリアンプ１１２を介してＡ／Ｄ変換器１１５でデジタル信号に変換されて、騒音信号ｕ（ｎ）が生成される。そして、騒音信号ｕ（ｎ）がデジタルフィルタ１０７、１０９、およびＦＩＲデジタルフィルタ１０６に入力される。ＦＩＲデジタルフィルタ１０６では所定の係数列ｈａ（ｉ）に基づいて、制御係数を算出し、消音信号ｙ（ｎ）を生成する。消音信号ｙ（ｎ）は、Ｄ／Ａ変換器１１６によってアナログ信号に変換され、パワーアンプ１１３を介して、消音用スピーカ１０５に入力される。そして、騒音源１０１から出力される音波と消音用スピーカ１０５から出力される音波とが干渉を起こすことにより騒音源１０１からの騒音が消される。この消音結果は消音誤差検出マイク１０４で検出され、プリアンプ１１４、およびＡ／Ｄ変換器１１７を介して誤差信号ｅ０（ｎ）として出力され係数制御部１０８に入力される。係数制御部１０８では、入力された誤差信号ｅ０（ｎ）が最小となるように、係数列ｈａ（ｉ）が更新制御される。ここで、デジタルフィルタ１０７は、騒音信号ｕ（ｎ）を補正することによって、係数制御をより正確に行うために挿入しているものである。

一方、デジタルフィルタ１０９では、騒音信号ｕ（ｎ）が入力され、出力信号ｕ１（ｎ）を出力する。なお、デジタルフィルタ１０９は、制御不可能な高周波の音を出力しないという周波数特性上の制約を消音信号ｙ（ｎ）に持たせるような高域通過型の周波数特性を有している。そして、デジタルフィルタ１０９から出力される出力信号ｕ１（ｎ）は、ＦＩＲデジタルフィルタ１１０に入力される。ＦＩＲデジタルフィルタ１１０では所定の係数列ｈａ（ｉ）に基づいて、制御係数を算出し、誤差信号ｅ１（ｎ）を生成する。係数制御部１１１は、デジタルフィルタ１０９から出力される出力信号ｕ１（ｎ）と、誤差信号ｅ１（ｎ）とに基づいて、係数列ｈａ（ｉ）を更新する。換言すれば、係数列ｈａ（ｉ）は、ＦＩＲデジタルフィルタ１１０に、デジタルフィルタ１０９を通過するような高周波信号が入力されると、当該信号を０にするように更新制御される。

このように、図５７に示す騒音制御装置では、邪魔になる高周波信号は切り捨てられ、安定に適応動作制御可能な周波帯域において、適応型デジタルフィルタによる消音制御が行われていた。

しかしながら、図５７に示す騒音制御装置では、騒音制御を行う適応フィルタを用いて、問題となる（騒音増加する）周波数帯域の係数ゲインの上昇を抑えることによって、問題発生を防止しようとしているものの、その処理が騒音伝達時間内に間に合うことを前提としているため、図４３〜図５６を用いて説明したように、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない周波数帯域が存在する場合は、その周波数帯域では騒音増加の発生が防止できない。

また、騒音制御装置の構成や条件（サンプリング周波数やタップ数など）が決まれば、装置全体に要する処理時間が決まるが、従来の方法では、その総処理時間（例えば図４３の時間τ）で騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合うようにするには、騒音源から制御点までの距離を長くする（例えば図４３の騒音伝達系の騒音伝達時間Ｔを大きくする）しか方法がなかった。その場合、先に説明したように、騒音制御システム全体が大きくなり、製品サイズの長大化やあるいは想定していた製品サイズに収められないために実用化できないなどの問題が起こる。また、騒音源から制御点までの距離が長くなることで、例えば図４４の場合、信号処理部３００の参照信号ａと誤差信号ｂとの相関性が低下し、信号処理部３００の係数が十分に求まらないため、期待する騒音低減効果が得られない問題も起こる。

特開平５−５２６４５号公報 特開平５−６７９４８号公報

アクティブ コントロール オブ サウンド（ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＳＯＵＮＤ）（ピー．エー．ネルソン アンド エス．ジェイ．エリオット，アカデミック プレス（Ｐ．Ａ．Ｎｅｌｓｏｎ ＆ Ｓ．Ｊ．Ｅｌｌｉｏｔｔ，ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＲＥＳＳ），Ｐ１７７）

それ故に、本発明の目的は、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない周波数帯域における騒音増加を抑止しつつ、かつ、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っている周波数帯域においては騒音を低減させることができる騒音制御装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための騒音制御装置に向けられており、本発明に係る騒音制御装置は、騒音源から出力される騒音が騒音伝達系を介して伝達され、伝達された騒音を制御点において制御音と合成させて、当該騒音を低減する騒音制御装置であって、騒音源から出力される騒音を検出して、当該騒音に基づく制御信号を生成する信号処理部と、信号処理部から出力される制御信号に基づいて、騒音を打ち消す制御音を生成する制御音響系と、騒音源から騒音が出力されてから信号処理部および制御音響系を介して制御点に制御音が到達するまでの騒音制御処理時間τが、騒音源から騒音が出力されてから騒音伝達系を介して騒音が制御点に到達するまでの騒音伝達時間Ｔより大きくなる（τ＞Ｔ）周波数帯域において、信号処理部から出力される制御信号を補正する出力補正部とを備える。

好ましい出力補正部は、騒音伝達系を介して制御点に到達する騒音が有する騒音伝達特性と、制御音響系から出力される制御音が有する騒音制御伝達特性とが同一振幅かつ逆位相となるように、信号処理部から出力される制御信号を補正することを特徴とする。

また、好ましい出力補正部は、信号処理部から出力された制御信号が入力される加算器と、加算器から出力される信号のうち、周波数帯域における信号を抽出するフィルタ回路と、フィルタ回路によって抽出された信号をレベル調整するゲイン調整器とを備え、加算器は、入力される信号処理部から出力された制御信号に、ゲイン調整器によってレベル調整された信号を加算して、当該補正された制御信号を制御音響系に出力することを特徴とする。

さらに、好ましくは、加算器、フィルタ回路、およびゲイン調整器は、１つの帰還系を構成し、出力補正部は複数の帰還系を備え、複数の帰還系は直列接続されることを特徴とする。

また、好ましくは、制御点において、騒音伝達系を介して伝達される騒音と、制御音響系から出力される制御音とが合成された信号を誤差信号として信号処理部に入力させ、信号処理部は、騒音源から出力される騒音を検出して、当該検出された信号を参照信号とし、誤差信号のレベルを最小にするように、参照信号と誤差信号とに基づいて、制御信号を生成することを特徴とする。

また、本発明の騒音制御装置は、騒音源から出力される騒音が騒音伝達系を介して伝達され、伝達された騒音を制御点において制御音と合成させて、当該騒音を低減する騒音制御装置であって、騒音源から出力される騒音を検出して、当該騒音に基づく制御信号を生成するＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタと、ＦＩＲフィルタから出力される制御信号に基づいて、騒音を打ち消す制御音を生成する制御音響系とを備え、ＦＩＲフィルタは、騒音源から騒音が出力されてから信号処理部および制御音響系を介して制御点に制御音が到達するまでの騒音制御処理時間τが、騒音源から騒音が出力されてから騒音伝達系を介して騒音が制御点に到達するまでの騒音伝達時間Ｔより大きくなる（τ＞Ｔ）周波数帯域において、騒音伝達系を介して制御点に到達する騒音が有する騒音伝達特性と、制御音響系から出力される制御音が有する騒音制御伝達特性とが同一振幅かつ逆位相となるように、制御信号を補正する。つまり、ＦＩＲフィルタは、上述した信号処理部と出力補正部とを合わせた特性を近似した特性である。

上述のように、本発明によれば、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない周波数帯域における騒音増加を抑止しつつ、かつ、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っている周波数帯域においては騒音を低減させることが可能な騒音制御装置を実現することができる。

第１の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図 図１に示した制御音響系４００のＨＰＦ４０１の特性を示す図 図１に示した出力補正部５００を動作させないときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００のＬＰＦ５０１の特性を示す図 図１に示した出力補正部５００（図４の特性）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００と制御音響系４００とを削除した騒音制御装置を示す図 図６に示した騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 図１に示した出力補正部５００を動作させなかった場合の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 図１に示した出力補正部５００（図４の特性）を動作させた場合の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 図１に示した出力補正部５００のＬＰＦ５０１の他の特性を示す図 図１に示した出力補正部５００（図１０の特性）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００（図１０の特性）を動作させた場合の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 図１に示したＨＰＦ４０１に共振周波数ｆｃ＝１ｋＨｚの２次ＨＰＦを適用したときの騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００において、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６００Ｈｚの２次ＬＰＦを適用して正帰還させたときの騒音低減効果を示す図 図１に示したＨＰＦ４０１に共振周波数ｆｃ＝１０ｋＨｚの２次ＨＰＦを適用したときの騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００において、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６ｋＨｚの２次ＬＰＦを適用して正帰還させたときの騒音低減効果を示す図 制御音響系に実際のスピーカを用いた場合の騒音制御装置の全体構成を示す図 図１７に示した騒音制御装置を信号処理ブロック図として模式的に示す図 図１７および図１８に示したエラーマイク４００３における騒音低減効果を示す図 図１７および図１８に示したエラーマイク４００４における騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００において、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦを適用して負帰還させたときの騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００において、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６００Ｈｚの１次ＬＰＦを適用して負帰還したときの騒音低減効果を示す図 図１に示した出力補正部５００において、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６ｋＨｚの１次ＬＰＦを適用して負帰還したときの騒音低減効果を示す図 図１の信号処理部３００と出力補正部５００との特性を合成し、当該合成された特性を係数としてＦＩＲフィルタ６００に設定した構成を示す図 図３に示した騒音低減効果を得る場合の信号処理部３００の特性を示す図 図１に示した出力補正部５００のＬＰＦ５０１の他の特性を示す図 図１に示した出力補正部５００（図２６の特性）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図２４に示したＦＩＲフィルタ６００の特性を示す図 図２４に示したＦＩＲフィルタ６００（タップ数が長い場合）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図２４に示したＦＩＲフィルタ６００（タップ数が短い場合）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 第２の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図 図３１に示した出力補正部５００のＬＰＦ５０１の特性を示す図 図３１に示した出力補正部５００（図４と図３２の特性）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図３１に示した出力補正部５００（図４と図３２の特性）を動作させた場合の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 図３１に示した出力補正部５００のＬＰＦ５０１の他の特性を示す図 図３１に示した出力補正部５００（図１０と図３５の特性）を動作させたときの制御点４での騒音低減効果を示す図 図３１に示した出力補正部５００（図１０と図３５の特性）を動作させた場合の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 第３の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図 図３８に示した騒音制御装置の騒音低減効果を示す図 図３８に示した騒音制御装置の適応フィルタ３０１の特性（係数）を示す図 図３１に示した騒音制御装置の信号処理部３００の特性（係数）を示す図 図３８に示した騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示す図 ＦＦ制御の騒音制御装置の基本構成を示す図 適応ＦＦ制御を用いた場合の騒音制御装置の基本構成を示す図 ＦＢ制御の騒音制御装置の基本構成を示す図 図４３あるいは図４４における騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う場合の信号処理部３００の係数と制御点４での騒音低減効果を示す図 図４３あるいは図４４における騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない場合の信号処理部３００の係数と制御点４での騒音低減効果を示す図 図４３に示した騒音制御装置をアナログ混在の構成として再記述した図 図４８に示したアナログＬＰＦ７〜８の特性を示す図 図４８における騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない場合の信号処理部３００の係数と制御点４での騒音低減効果を示す図 図４８における騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う場合の信号処理部３００の係数と制御点４での騒音低減効果を示す図 スピーカ特性を示す図 図４３に示した信号処理部３００の出力にＨＰＦを追加挿入した図 図５３に示した１次ＨＰＦ９〜１０の振幅特性と群遅延特性とを示す図 図５３における騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない場合の信号処理部３００の係数と制御点４での騒音低減効果を示す図 図５３における騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う場合の信号処理部３００の係数と制御点４での騒音低減効果を示す図 従来の騒音制御装置を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図４２を用いて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る騒音制御装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図である。

図１において、騒音源１からの騒音信号が騒音伝達系２００を経て、制御点４に到達する。同時に、信号処理部３００が騒音源１からの騒音信号を処理し、出力補正部５００は、信号処理部３００によって処理された信号を処理する。そして、出力補正部５００によって処理された信号は、制御音響系４００を経て制御点４に到達し、騒音伝達系２００からの騒音信号に加えられる。なお、騒音源１から騒音が出力されてから騒音伝達系２００を介して制御点４に到達するまでの時間を騒音伝達時間Ｔとし、騒音源１から騒音が出力されてから、信号処理部３００および制御音響系４００を介して制御音が制御点４に到達する時間を騒音制御処理時間τとする。ここで、騒音伝達系２００には−０．５の値を持つゲイン２０１が設定され、制御音響系４００にはＨＰＦ４０１が設定されている。ＨＰＦ４０１は、図２に示す特性を持つ、共振周波数ｆｃ＝１００Ｈｚの２次ＨＰＦである。

まず、出力補正部５００を動作させず、信号処理部３００によって処理された信号がそのまま制御音響系４００のＨＰＦ４０１へ入力される。信号処理部３００には、出力補正部５００を動作させない状態で、騒音伝達系２００を経て制御点４に到達する騒音信号が低減されるように特性を設定している。ところで、騒音伝達系２００はゲイン２０１のみで構成されているため、遅延は０である。一方、制御音響系４００には図２に示す特性を有するＨＰＦ４０１の群遅延が存在するため、群遅延が大きくなっている低域では、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合わない。このため、制御点４での制御効果は図３のように周波数が低いほど騒音低減効果が少なくなり、６０Ｈｚ以下では僅かではあるが騒音増加している。

次に、ＬＰＦ５０１に図４に示す共振周波数ｆｃ＝９０Ｈｚの２次ＬＰＦを適用し、ゲイン調整器５０３は、ＬＰＦ５０１からの出力信号について適切なレベル調整を施す。ゲイン調整器５０３によってレベル調整された信号は、加算器５０２に入力され、帰還する。このように、出力補正部５００は、ＦＢを構成する。ここで、出力補正部５００に構成されたＦＢは、ゲイン調整器５０３に−１．０などマイナスの値を設定すれば負帰還に、＋１．０などプラスの値を設定すれば正帰還になる。この出力補正部５００を正帰還とし
て動作させると図５に示す効果が得られる。図５を見ると、図３での６０Ｈｚの騒音増加が防止されているだけでなく騒音低減されており、かつ、２００Ｈｚ以下での騒音低減効果も向上している。

この理由を以下で説明する。

図６は、図１に示した騒音制御装置の出力補正部５００と制御音響系４００とを削除した騒音制御装置を示す図である。図６において、信号処理部３００と騒音伝達系２００との遅延は等しいため、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っており、信号処理部３００の特性は点Ｘ〜点Ｙの伝達特性と等しく、図７のようになる。図７から明らかに、点Ｘ〜点Ｙの伝達特性は騒音伝達系２００の伝達特性と同一振幅かつ逆位相（つまり、＋０．５のゲイン特性）となっている。

図８は、図１に示した騒音制御装置の出力補正部５００を動作させなかった場合（＝図３の効果）の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示している。一方、図９は、図１に示した騒音制御装置の出力補正部５００を動作させた場合（＝図５の効果）の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性を示している。図８（１）では、周波数が４０Ｈｚ以下の低域において、振幅が下がっている。図８（２）では、周波数が２００Ｈｚ以下の低域において、位相が０度からずれている。これに対して、図９（１）では、振幅は概して−６ｄＢであり、図９（２）では、低域においても位相は０度付近に維持されている。このように、図９に示す特性は、図７に示す特性に近くなっている。つまり、図１に示した騒音制御装置のＨＰＦ４０１の群遅延で騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない低域が存在したとしても、図１に示した騒音制御装置は、出力補正部５００を動作させることによって、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合う図６に示した騒音制御装置の制御に近い処理を実行できることになる。

別の例として、ＬＰＦ５０１に図１０に示す共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦを適用した場合、図１１に示す騒音低減効果が得られる。図１１では、図３での６０Ｈｚの騒音増加が防止されているだけでなく騒音低減されており、かつ、２ｋＨｚ以下での騒音低減効果も向上している。また、このときの図１に示した騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性は図１２のようになる。図１２（１）では、振幅は概して−６ｄＢであり、図１２（２）では、位相は０度付近に維持されている。

ＬＰＦ５０１にどのような特性を有するＬＰＦを適用するかは、状況に応じて選択すればよい。例えば、１００Ｈｚ以下の低域を重視する場合、図５に示す効果が得られるｆｃ＝９０Ｈｚの２次ＬＰＦをＬＰＦ５０１に適用し、１００Ｈｚ以上の中域を重視する場合、図１１に示す効果が得られるｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦをＬＰＦ５０１に適用すればよい。大切なことは、このような特性を有するＬＰＦをＬＰＦ５０１に適用した上で、図１に示した騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性が、騒音伝達系２００の伝達特性と同一振幅かつ逆位相にできる限り等しくすることである。

次に、図１のＨＰＦ４０１の共振周波数を高域に設定した場合、図１に示した騒音制御装置は、上述した騒音低減効果が得られるような制御が可能かを検証する。図１３は、ＨＰＦ４０１に共振周波数ｆｃ＝１ｋＨｚの２次ＨＰＦを適用したときの騒音低減効果を示している。８０〜４００Ｈｚにおいて、騒音増加になっている。これに対して、図１のＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６００Ｈｚの２次ＬＰＦを適用し、ゲイン調整器５０３に適切なプラスの値を設定して、出力補正部５００に構成されたＦＢを正帰還としたときの騒音低減効果を図１４に示す。図１４に示すように、８０〜４００Ｈｚにおいて、騒音増加が抑制され、さらに１ｋＨｚ以下で騒音低減効果が向上している。同様に、図１５は、ＨＰＦ４０１に共振周波数ｆｃ＝１０ｋＨｚの２次ＨＰＦを適用したときの騒音低減効果
を示している。８００〜４０００Ｈｚにおいて、騒音増加になっている。これに対して、図１のＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６ｋＨｚの２次ＬＰＦを適用し、ゲイン調整器５０３に適切なプラスの値を設定して、出力補正部５００に構成されたＦＢを正帰還したときの騒音低減効果を図１６に示す。図１６に示すように、８００〜４０００Ｈｚにおいて、騒音増加が抑制され、さらに６ｋＨｚ以下で騒音低減効果が向上している。

以上から、図１のＨＰＦ４０１の共振周波数が高域に設定した場合でも、つまり制御スピーカの共振周波数ｆｏが高域側になったとしても、図１に示した騒音制御装置は、上述した騒音増加を抑制する制御が可能であり、騒音低減効果も向上できることが分かる。

さて、図１に示した騒音制御装置について、制御音響系４００にはＨＰＦ４０１を制御スピーカに見立てて説明してきたが、実際のスピーカを用いた場合の動作について以下説明する。

図１７は、制御音響系に実際のスピーカを用いた場合の騒音制御装置の全体構成を示す図である。図１７において、騒音制御装置は、複数の騒音源１００１〜１００４をそれぞれ対応する複数の騒音マイク２００１〜２００４で検出し、検出した騒音を騒音制御システム３０００で処理する。そして、騒音制御装置は、騒音制御システム３０００からの出力信号を複数のスピーカ４００１〜４００２で再生することによって、複数の制御点４００３〜４００４で騒音低減する。図１８は、図１７に示した騒音制御装置を図１のようにブロック図として模式的に示す図である。図１８において、まず騒音制御システム３０００は、出力補正部を動作させず（出力補正部の入力をそのまま出力する）に信号処理部を動作させて、騒音マイク２００１〜２００４で検出した騒音源１００１〜１００４からの騒音信号を信号処理する。信号処理された騒音信号はスピーカ４００１〜４００２で再生される。スピーカ４００１〜４００２から出力される騒音信号は、制御点であるエラーマイク４００３〜４００４において、未知系である騒音伝達系２００を経て到達した騒音源１００１〜１００４からの騒音と干渉する。そして、当該打ち消された残りのエラー信号が騒音制御システム３０００に入力する。騒音制御システム３０００は、入力されたエラー信号を最小とするように信号処理部の特性（係数）を求める。これによって、制御点であるエラーマイク４００３〜４００４での騒音が低減される。

次に、騒音制御システム３０００は、求めた係数を用いて信号処理部を固定係数フィルタとして動作させ、出力補正部を動作させる。この出力補正部は、例えば、図１の出力補正部５００のような構成であって、出力補正部５００におけるＬＰＦ５０１のフィルタ係数やゲイン調整器５０３のゲインなどのパラメータをこれまで説明してきたように適切な値に設定する。図１９は、図１７および図１８に示したエラーマイク４００３における騒音低減効果を示す図である。図１９において、騒音制御しない場合の騒音特性「ＯＦＦ」、出力補正部を動作させないで騒音制御した場合の騒音特性「ＯＮ（補正無）」、および出力補正部を動作させて騒音制御した場合の騒音特性「ＯＮ（補正有）」を示している。図１９に示すように、騒音特性「ＯＮ（補正無）」は、騒音特性「ＯＦＦ」に比べて、８０Ｈｚ以下で５ｄＢ以上の騒音増加が認められる。一方、騒音特性「ＯＮ（補正有）」では、当該騒音増加が０〜５ｄＢ未満に抑制されている。同様に、図２０は、図１７および図１８に示したエラーマイク４００４における騒音低減効果を示す図である。図２０に示すように、騒音特性「ＯＮ（補正無）」は、騒音特性「ＯＦＦ」に比べて、７０Ｈｚ以下で５ｄＢ以上の騒音増加が認められる。一方、騒音特性「ＯＮ（補正有）」では、当該騒音増加が０〜５ｄＢ未満に抑制されている。以上より、実際のスピーカを用いた場合でも本発明の騒音制御装置が有効であることが確認できた。

これまでは、図１のゲイン調整器５０３にプラスの値を設定する正帰還について説明してきたが、以下にマイナスの値を設定する負帰還について説明する。図１のＨＰＦ４０１
に共振周波数ｆｃ＝１００Ｈｚの２次ＨＰＦを適用して出力補正部５００を動作させない場合の騒音低減効果は図３であった。そこで、図１のＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦを適用して、ゲイン調整器５０３に適切なマイナスの値を設定して負帰還すると、その騒音低減効果は図２１のようになる。図２１では、図３と比較すると、６０Ｈｚ以下の騒音増加は少なくなっているが、完全に無くなっているわけではない。また、１００Ｈｚ以上でも騒音低減効果が劣化している。同様に、図１のＨＰＦ４０１に共振周波数ｆｃ＝１ｋＨｚの２次ＨＰＦを適用し、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６００Ｈｚの１次ＬＰＦを適用して、ゲイン調整器５０３に適切なマイナスの値を設定して負帰還すると、その騒音低減効果は図２２のようになる。図２２では、図１３と比較すると、４００Ｈｚ以下の騒音増加は少なくなっているが、完全に無くなっているわけではない。また、６００Ｈｚ以上でも騒音低減効果が劣化している。さらに、図１のＨＰＦ４０１に共振周波数ｆｃ＝１０ｋＨｚの２次ＨＰＦを適用し、ＬＰＦ５０１に共振周波数ｆｃ＝６ｋＨｚの１次ＬＰＦを適用して、ゲイン調整器５０３に適切なマイナスの値を設定して負帰還すると、その騒音低減効果は図２３のようになる。図２３では、図１５と比較すると、２ｋＨｚ以下の騒音増加は少なくなっているが、その量は僅かである。また、４ｋＨｚ以上でも騒音低減効果が劣化している。

このように、出力補正部５００を負帰還制御すると、一定の騒音増加抑制は得られるが、正帰還のように完全に騒音増加を抑えることはできない。しかし、正帰還では低域になるほどレベルが上昇する制御となるため、出力補正部５００で低域オーバーフローの可能性がある。これに対して負帰還では、逆に低域になるほどレベルが下降する、あるいは一定レベル以上上昇しない制御となるため、出力補正部５００の動作を安定させることができる。正帰還でも条件次第で出力補正部５００の動作を安定させることは可能であるため、正帰還または負帰還のいずれの帰還を選ぶかは、適用先の環境、条件によって最もよい方に決めればよい。

次に、図１の信号処理部３００と出力補正部５００とを１つのフィルタに合成する場合について述べる。図２４は、図１の信号処理部３００と出力補正部５００の特性を合成し、当該合成された特性を係数としてＦＩＲフィルタ６００に設定した構成を示す図である。

まず、図２４に示したＦＩＲフィルタ６００を含む騒音制御装置の元となる図１に示した騒音制御装置において、出力補正部５００を動作させずに制御した場合の騒音低減効果は図３のとおりであった。図３に示す騒音低減効果を得る場合、信号処理部３００は、例えば２０４８タップのＦＩＲフィルタで設計した場合、図２５に示す特性を有することになる。ここで、図１の出力補正部５００のＬＰＦ５０１に図２６に示した特性を有する共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの２次ＬＰＦを適用する。図２７は、図１に示した出力補正部５００（図２６の特性）を動作させたときの制御点での騒音低減効果を示す図である。

このように求めた図１の信号処理部３００の特性と、出力補正部５００の特性とを合わせて、図２４のＦＩＲフィルタ６００に係数として近似する。図２８は、図２４に示したＦＩＲフィルタ６００の特性を示す図であり、ＦＩＲフィルタ６００のタップ数は１０７５７１である。そして、図２９は、図２８に示した特性を有するＦＩＲフィルタ６００を含む騒音制御装置の騒音低減効果を示す図である。図２９に示す騒音低減効果は、図２７に示すものとほとんど等しいことが分かる。ＦＩＲフィルタ６００のタップ数を１０７５７１と長くしたために図２９に示すような騒音低減効果が得られているが、逆にＦＩＲフィルタ６００のタップ数を短くした場合、騒音低減効果は劣化する。図３０は、ＦＩＲフィルタ６００のタップ数を短くした場合の騒音低減効果を示す図である。図３０において、出力補正部５００の補正による効果向上が大きいほど、騒音低減効果の劣化が著しくなる。当該騒音低減効果の劣化の原因は、図１の出力補正部５００が帰還系であるため無限
応答なのに比べて、図２４のＦＩＲフィルタ６００は有限応答であることによる。

このように、図１の信号処理部３００の特性と、出力補正部５００の特性とを合成し、当該合成された特性を図２４のＦＩＲフィルタ６００の係数としてまとめてしまうことは可能である。しかし、ＦＩＲフィルタ６００のタップ数を長くする必要があるため、結局、図１の帰還系を用いた出力補正部５００とする方が演算量を低減できる。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る騒音制御装置によれば、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない周波数帯域における騒音増加を抑止しつつ、かつ、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っている周波数帯域においては騒音を低減させることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で説明した騒音制御装置の出力補正部を複数の正帰還で構成する場合について述べる。図３１は、第２の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図である。

図３１に示すように、出力補正部５００は、ＬＰＦ５０１、５０４と加算器５０２、５０５とゲイン調整器５０３、５０６とを用いて、２つの帰還部を直列構成する。ここで、ＬＰＦ５０１には、図４に示す共振周波数ｆｃ＝９０Ｈｚの２次ＬＰＦを適用し、ＬＰＦ５０４には図３２に示す共振周波数ｆｃ＝１０Ｈｚの１次ＬＰＦを適用する。そして、ゲイン調整器５０３、５０６に適切なプラスの値を設定して正帰還させる構成とすると、そのときの騒音低減効果は図３３のようになる。図３３では、１００Ｈｚ以上では図５と同等の騒音低減効果を維持しながら、７０Ｈｚ以下では図５よりも騒音低減効果が向上している。図３１に示す騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性は図３４のようになる。図３４において、振幅特性は図９と同等、位相特性は３０Ｈｚ以下で図９よりもさらに０度に近づいている。つまり、出力補正部５００に共振周波数ｆｃ＝１０Ｈｚの１次ＬＰＦを直列に用いることにより、共振周波数ｆｃ＝９０Ｈｚの２次ＬＰＦを単独で用いた図１、図５の場合よりも、さらに低域の騒音低減効果を向上させることができる。

図３１におけるＬＰＦ５０１、５０３に他の特性を設定する例として、ＬＰＦ５０１に図１０に示す共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦを適用し、ＬＰＦ５０３に図３５に示す共振周波数ｆｃ＝３０Ｈｚの２次ＬＰＦを適用する。このときの騒音低減効果は図３６のようになる。図３６では、１００Ｈｚ以上では図１１と同等の騒音低減効果を維持しながら、１００Ｈｚ以下では図１１よりも騒音低減効果が大きく向上している。図３１に示す騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性は図３７のようになる。図３７において、振幅特性は図１２と同等、位相特性は４０Ｈｚ以下で図１２よりもさらに０度に近づいている。つまり、出力補正部５００に共振周波数ｆｃ＝３０Ｈｚの２次ＬＰＦを直列に用いることにより、共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦを単独で用いた図１、図１１の場合よりも、さらに低域の騒音低減効果を向上させることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第２の実施形態で説明した騒音制御装置の信号処理部を適応フィルタとして動作させる場合について述べる。図３８は、第３の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図である。図３８において、第３の実施形態に係る騒音制御装置は、信号処理部３００において適応フィルタ３０１を含む構成としている。

図３８において、適応フィルタ３０１は騒音源１からの騒音信号を信号処理し、制御信号として出力補正部５００へ出力する。出力補正部５００で補正された制御信号は制御音響系４００を経て、制御点４に到達する。制御点４では、騒音源１から騒音伝達系２００
を伝達してきた騒音と、制御音響系４００からの制御音とが加算され、エラー信号として係数更新部３０３へ入力される。ところで、信号処理部３００のＦｘフィルタ３０２の特性（係数）は、出力補正部５００の特性と制御音響系４００の特性とを合わせた特性に近似している。あるいは、Ｆｘフィルタ３０２内に出力補正部５００と同一の処理を構成し、制御音響系４００の特性を近似したフィルタを直列に接続するようにしてもよい。そして、係数更新部３０３は、このＦｘフィルタ３０２の出力信号と制御点４からのエラー信号とに基づいて、エラー信号が最小になるように適応フィルタ３０１の係数を更新する。これによって、制御点４での騒音が低減することになる。図３９は、図３８に示した騒音制御装置の騒音低減効果を示す図である。ここで、出力補正部５００のＬＰＦ５０１には図１０に示す共振周波数ｆｃ＝６０Ｈｚの１次ＬＰＦを適用し、ＬＰＦ５０３には図３５に示す共振周波数ｆｃ＝３０Ｈｚの２次ＬＰＦを適用する。図３９と図３６とを比べると、図３９では騒音低減効果が大きく向上している。

ここで、図４０は、図３８に示した騒音制御装置の適応フィルタ３０１の特性（係数）を示す図である。図４０に示す特性を有する適応フィルタ３０１を用いることによって、図３８に示した騒音制御装置は、図３９で示した騒音低減効果を奏している。図４１は、図３１に示した騒音制御装置の信号処理部３００の特性（係数）を示す図である。図４１に示す特性を有する信号処理部３００を用いることによって、図３１に示した騒音制御装置は、図３４で示した騒音低減効果を奏している。図４０と図４１とを比較すると、図４０の方が滑らかな特性になっていることが分かる。

また、図３８に示す騒音制御装置において図３９で示した騒音低減効果を得ている場合、当該騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性は図４２のようになる。図３１に示す騒音制御装置において図３６で示した騒音低減効果を得ている場合、当該騒音制御装置の点Ｘ〜点Ｙの伝達特性は図３７のようになる。図４２に示す特性は、明らかに図７に示す特性とほとんど一致する特性となっている。これに対して、図３７に示す特性は、振幅特性および位相特性共に、図７に示すの特性と比べて微小な誤差が発生している。当該誤差が図３６に示す騒音低減効果に影響している。

このように、図３８に示したように、騒音制御装置の信号処理部３００を適応フィルタ３０１で構成し、出力補正部５００を動作させた状態で、適応フィルタ３０１の係数を求めるように適応処理を実行すると、全周波数帯域で高精度な制御係数を求めることができる。従って、図３８に示した騒音制御装置によれば、低域から高域まで騒音低減効果を向上させることができる。当然、本発明の第３の実施形態に係る騒音制御装置によれば、本発明の第１の実施形態に係る騒音制御装置と同様に、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない周波数帯域があっても、騒音増加を抑制しつつ、かつ、さらに騒音を低減させることができる。

本発明に係る騒音制御装置は、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っていない周波数帯域における騒音増加を抑止しつつ、かつ、騒音制御処理が騒音伝達時間内に間に合っている周波数帯域においては騒音を低減させることが可能であり、掃除機や冷蔵庫、エアコンなどの家電製品や、自動車や航空機などの交通機関、工場などの産業機器など、騒音を低減させたいあらゆる分野に広く適用される。

１，１０１，１００１，１００２，１００３，１００４ 騒音源
４ 制御点
５，１１５，１１７ ＡＤコンバータ
６，１１６ ＤＡコンバータ
７，８ アナログＬＰＦ
９，１０ １次ＨＰＦ
１０２ 容器
１０３ 騒音検出マイク
１０４ 消音誤差検出マイク
１０５ 消音用スピーカ
１０６，１１０，６００ ＦＩＲフィルタ
１０７，１０９ デジタルフィルタ
１０８，１１１ 係数制御部
１１２，１１３，１１４ アンプ
２００ 騒音伝達系
２０１ ゲイン
３００ 信号処理部
３０１ 適応フィルタ
３０２ Ｆｘフィルタ
３０３ 係数更新部
４００ 制御音響系
４０１ ＨＰＦ
５００ 出力補正部
５０１，５０４ ＬＰＦ
５０２，５０５ 加算器
５０３，５０６ ゲイン調整器
２００１，２００２，２００３，２００４ 騒音マイク
３０００ 騒音制御システム
４００１，４００２ スピーカ
４００３，４００４ エラーマイク

Claims (4)

1. 騒音源から出力される騒音が騒音伝達系を介して伝達され、前記伝達された騒音を制御点において制御音と合成させて、当該騒音を低減する騒音制御装置であって、
   前記騒音源から出力される騒音を検出して、当該騒音に基づく制御信号を生成する信号処理部と、
   前記信号処理部から出力される制御信号に基づいて、前記騒音を打ち消す制御音を生成する制御音響系と、
   前記騒音源から騒音が出力されてから前記信号処理部および前記制御音響系を介して前記制御点に前記制御音が到達するまでの騒音制御処理時間τが、前記騒音源から騒音が出力されてから前記騒音伝達系を介して前記制御点に前記騒音が到達するまでの騒音伝達時間Ｔより大きくなる（τ＞Ｔ）周波数帯域において、前記信号処理部から出力される制御信号を補正する出力補正部とを備え、
   前記出力補正部は、
   前記信号処理部から出力された制御信号が入力される加算器と、
   前記加算器から出力される信号のうち、前記周波数帯域における信号を抽出するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路によって抽出された信号をレベル調整するゲイン調整器とを備え、
   前記騒音伝達系を介して前記制御点に到達する騒音が有する騒音伝達特性と、前記制御音響系から出力される制御音が有する騒音制御伝達特性とが、同一振幅かつ逆位相となるように、前記信号処理部から出力される制御信号を補正し、
   前記信号処理部から出力される制御信号に、前記ゲイン調整器によってレベル調整された信号を、前記加算器によって加算して、当該加算した制御信号を前記制御音響系に出力することを特徴とする、騒音制御装置。
2. 前記加算器、前記フィルタ回路、および前記ゲイン調整器は、１つの帰還系を構成し、
   前記出力補正部は複数の前記帰還系を備え、前記複数の帰還系は直列接続されることを特徴とする、請求項１に記載の騒音制御装置。
3. 前記制御点において、前記騒音伝達系を介して伝達される騒音と、前記制御音響系から出力される制御音とが合成された信号を誤差信号として前記信号処理部に入力させ、
   前記信号処理部は、
   前記騒音源から出力される騒音を検出して、当該検出された信号を参照信号とし、
   前記誤差信号のレベルを最小にするように、前記参照信号と誤差信号とに基づいて、前記制御信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の騒音制御装置。
4. 騒音源から出力される騒音が騒音伝達系を介して伝達され、前記伝達された騒音を制御点において制御音と合成させて、当該騒音を低減する騒音制御装置であって、
   前記騒音源から出力される騒音を検出して、当該騒音に係数処理を施すことで制御信号を生成するＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタと、
   前記ＦＩＲフィルタから出力される制御信号に基づいて、前記騒音を打ち消す制御音を生成する制御音響系とを備え、
   前記ＦＩＲフィルタは、前記騒音源から騒音が出力されてから前記ＦＩＲフィルタおよび前記制御音響系を介して前記制御点に前記制御音が到達するまでの騒音制御処理時間τが、前記騒音源から騒音が出力されてから前記騒音伝達系を介して前記制御点に前記騒音が到達するまでの騒音伝達時間Ｔより大きくなる（τ＞Ｔ）周波数帯域において、前記騒音伝達系を介して前記制御点に到達する騒音が有する騒音伝達特性と、前記制御音響系から出力される制御音が有する騒音制御伝達特性とが同一振幅かつ逆位相となるように係数を設定することで、前記制御信号を補正するフィルタであり、
   前記ＦＩＲフィルタから出力される制御信号が、
   前記騒音源から出力される騒音を検出して当該騒音に基づく制御信号を生成する信号処理部と、当該信号処理部から出力された制御信号が入力される加算器と、当該加算器から出力される信号のうち前記周波数帯域における信号を抽出するフィルタ回路と、当該フィルタ回路によって抽出された信号をレベル調整するゲイン調整器とで構成され、前記騒音伝達特性と前記騒音制御伝達特性とが同一振幅かつ逆位相となるように、前記信号処理部から出力される制御信号を補正し、前記信号処理部から出力される制御信号に前記ゲイン調整器によってレベル調整された信号を前記加算器によって加算して、当該加算された制御信号を前記制御音響系に出力する、制御信号設定装置によって設定された制御信号と同等になるように、
   前記係数が算出されることを特徴とする、騒音制御装置。

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