JP6351887B2 - 能動騒音制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば機械類の発する振動または騒音に対し、相殺する振動または騒音を発生させてこれを低減する、能動騒音制御装置に関するものである。

従来の能動騒音制御装置は、マイクまたは各種のセンサなどの検出手段を用いて制御対象となる騒音を検出し、当該騒音を相殺する同振幅かつ逆位相の制御音を出力することで、当該騒音を消音している。
なお、この発明において、機械類の発する振動または騒音を、まとめて騒音と称することとする。

また、従来の能動騒音制御装置の中には、所望の位置に誤差マイクを配置し、誤差マイクの信号を元に制御音を修正することで、消音効果を最大に保つよう制御するものがある。このとき、騒音と無関係な外乱が誤差マイクに収音されると、能動騒音制御装置は外乱を含んだ音を消音するように動作することになる。その結果、本来対象としている騒音の消音効果が一時的に失われたり、制御音が異音となったりすることがある。そのような外乱の具体例として、例えば風が誤差マイクに当たることによる吹かれ音、ならびに、誤差マイクへの人または物体の接触によって生じる打撃音などが挙げられる。

このような問題に対して、例えば特許文献１には、ミュート処理を用いて制御音を抑制し、異音の発生を回避する方法が開示されている。また、特許文献２には、適応ノッチフィルタを用いて制御音を調整する能動騒音制御装置において、フィルタ係数の更新量を制御するパラメータであるステップ幅を調整することによって消音効果を安定させる方法が開示されている。

特開２０１３−７１５３５号公報 特開２００９−２４１６７２号公報

誤差マイクが収音する外乱には、上述の具体例のような極端に強い外乱以外にも、例えば人の声もしくは動作による物音、またはその他の環境騒音などの背景音が常に存在する。背景音のような強度の弱い外乱が誤差マイクに収音されても、爆音のような顕著な異音が発生したり消音効果が大きく損なわれたりするような問題は起きないが、若干の異音成分を制御音に生ずることがある。強度の弱い外乱による異音成分は、顕著ではなくとも知覚可能な程度のレベルであることがあり、使用者に不快感を与える原因となることがある。特に、制御音を再生するスピーカの近傍では、このような異音が知覚されることが多い。

上記特許文献１の方法を強度の弱い外乱に用いた場合、恒常的に制御音がミュートされることになり、騒音の消音効果が根本的に失われてしまう。
上記特許文献２の方法を強度の弱い外乱に用いた場合、やはり、恒常的にステップ幅が抑制されることになるので、騒音の変化に対する追従性能が失われてしまう。

このように、従来の能動騒音制御装置には、誤差マイクに混入した背景音等の外乱によって生じた異音を、騒音の消音効果を損なうことなく抑制することが困難であるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、外乱によって生じた異音を、騒音の消音効果を損なうことなく抑制することを目的とする。

この発明に係る能動騒音抑制装置は、騒音を発する騒音源に応じて特定される制御周波数に基づいて音源信号を生成する音源信号生成部と、音源信号に対しフィルタ処理を行って原制御信号を生成する制御信号フィルタと、原制御信号のうちの制御周波数を含む周波数帯域の信号を通過させ、騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断するフィルタ処理を行って制御信号を生成する安定化処理部と、音源信号に対しフィルタ処理を行って参照信号を生成する参照信号フィルタと、制御信号を元に生成された二次騒音と騒音との干渉の結果から得られる誤差信号、および参照信号を用いて、制御信号フィルタのフィルタ係数列を更新するフィルタ係数更新部とを備えるものである。

この発明によれば、原制御信号のうちの制御周波数を含む周波数帯域の信号を通過させ、騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断するフィルタ処理を行って制御信号を生成するようにしたので、騒音に対して有効な周波数成分が制御信号から損なわれることを防ぎつつ、外乱に対して制御信号を安定化させることができる。よって、外乱によって生じた異音を、騒音の消音効果を損なうことなく抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る能動騒音制御装置における安定化処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る能動騒音制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る能動騒音制御装置における安定化処理部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る能動騒音制御装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態２に係る能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る能動騒音制御装置における係数安定化処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る能動騒音制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２において、係数安定化処理部によるフィルタ処理前の係数更新値と、フィルタ処理後の被安定化係数更新値の時間推移を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係る能動騒音制御装置における安定化処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る能動騒音制御装置における安定化処理部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る能動騒音制御装置における係数安定化処理部の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００の構成を示すブロック図である。図示のように、この能動騒音制御装置１００には、外部に設けられた出力器２００および検出器３００が接続されている。

能動騒音制御装置１００は、制御対象となる騒音源４００の騒音の制御周波数ｆ（ｎ）が入力され、入力された制御周波数ｆ（ｎ）に基づいて生成した制御信号ｇ（ｎ）を出力する。ここで、ｎは正の整数であり、デジタル信号処理におけるサンプリング時刻を表している。制御周波数ｆ（ｎ）は、例えば騒音源４００が自動車のエンジンである場合、イグニッションパルスの周期からエンジンの回転周波数を計測し、この回転周波数を制御対象となる騒音に合わせて定数倍するなどの方法で得ることができる。また、騒音源４００が電動モータで駆動するファンである場合、電動モータの極数および電源周波数、ならびにファンのブレード枚数などから、制御対象となるＮＺ音の制御周波数ｆ（ｎ）を算出することができる。このように、制御周波数ｆ（ｎ）の取得は、対象となる騒音源４００に適した手段を用いてよい。

出力器２００は、能動騒音制御装置１００から入力された制御信号ｇ（ｎ）を、騒音源４００から発生する騒音を打ち消すための二次騒音に変換して出力するものである。この出力器２００は、例えばスピーカまたはアクチュエータ等により実現できる。
出力器２００から出力された二次騒音は、二次経路５００を伝播し、騒音源４００から発生する騒音と干渉し、当該騒音を低減する。二次騒音との干渉により低減された騒音を、残留騒音または誤差と呼ぶ。ここで、二次経路５００は、出力器２００から出力された二次騒音が検出器３００まで伝播する間に通過する経路と定義づけられる。また、外乱源６００は、騒音源４００とは無関係な不特定の外乱を、残留騒音に対してさらに付加するものである。この外乱は、吹かれ音および打撃音のような極端に強い外乱と、背景音のような強度の弱い外乱とを含む。

検出器３００は、騒音と二次騒音との干渉により生じた残留騒音である誤差に対して外乱が付加された外乱つき誤差を検出し、検出した外乱つき誤差を誤差信号ｅ（ｎ）として能動騒音制御装置１００に出力するものである。この検出器３００は、一般にマイクロホンにより実現できる。

次に、能動騒音制御装置１００の詳細構成について説明する。能動騒音制御装置１００は、音源信号生成部１と、制御信号フィルタ２と、参照信号フィルタ３と、フィルタ係数更新部４と、安定化処理部５とを備える。

音源信号生成部１は、能動騒音制御装置１００に入力された制御周波数ｆ（ｎ）に基づいて、音源信号ｘ（ｎ）を生成する信号生成部である。音源信号生成部１は、生成した音源信号ｘ（ｎ）を制御信号フィルタ２および参照信号フィルタ３に出力する。

制御信号フィルタ２は、音源信号生成部１からの音源信号ｘ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って、原制御信号ｄ（ｎ）を出力するフィルタである。制御信号フィルタ２は、原制御信号ｄ（ｎ）を安定化処理部５に出力する。なお、制御信号フィルタ２がフィルタ処理を行うときに用いる制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）は、後述するフィルタ係数更新部４によって更新される。

参照信号フィルタ３は、二次経路５００の伝達特性に基づいて定められた伝達特性パラメータを用い、音源信号生成部１からの音源信号ｘ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って、参照信号ｒ（ｎ）を出力するフィルタである。参照信号フィルタ３は、参照信号ｒ（ｎ）をフィルタ係数更新部４に出力する。

フィルタ係数更新部４は、参照信号フィルタ３からの参照信号ｒ（ｎ）と、検出器３００からの誤差信号ｅ（ｎ）と、所定のステップ幅とに基づき、制御信号フィルタ２の制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新する。フィルタ係数更新部４は、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）の更新に、例えばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、ＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、またはＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）等の適応アルゴリズムを用いることができる。所定のステップ幅は、実験等によりヒューリスティックに決定され、フィルタ係数更新部４に予め設定されている値である。
なお、フィルタ係数更新部４が係数更新値を算出し、制御信号フィルタ２が係数更新値を制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）に加算することで制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新してもよい。

安定化処理部５は、能動騒音制御装置１００に入力された制御周波数ｆ（ｎ）に基づいて、制御信号フィルタ２からの原制御信号ｄ（ｎ）を補正する安定化処理を行い、安定化された制御信号ｇ（ｎ）を生成する。安定化処理部５は、制御信号ｇ（ｎ）を出力器２００に出力する。詳細は後述するが、制御信号ｇ（ｎ）は、騒音を低減するための二次騒音に変換される信号である。

図２は、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００における安定化処理部５の内部構成を示すブロック図である。図示のように、実施の形態１の安定化処理部５は、安定化特性調整部５１と、安定化フィルタ５２とを備える。

安定化特性調整部５１は、制御周波数ｆ（ｎ）を含む周波数帯域の信号を通過させ、これ以外の周波数帯域の信号を遮断するように、安定化フィルタ５２のフィルタ特性を調整する。この安定化特性調整部５１から安定化フィルタ５２へ、フィルタ特性の調整を指示する。

安定化フィルタ５２は、制御信号フィルタ２からの原制御信号ｄ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って、制御信号ｇ（ｎ）を出力するフィルタである。この安定化フィルタ５２は、安定化特性調整部５１からの指示に従ってフィルタ特性を調整する。

次に、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００の動作を説明する。図３は、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００の動作を示すフローチャートである。なお、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００が行う処理の順序は、図３のフローチャートで示される順序に限定されるものではなく、同等の結果を得られる限りにおいて、異なる順序で実施してもよいし一部の処理を並列化してもよい。

能動騒音制御装置１００内の音源信号生成部１および安定化処理部５に対し、騒音の周波数を表す制御周波数ｆ（ｎ）が入力される。上述した通り、ｎは正の整数であり、デジタル信号処理におけるサンプリング時刻を表している。
ステップＳＴ１１において、音源信号生成部１は制御周波数ｆ（ｎ）を取得する。

ステップＳＴ１２において、音源信号生成部１は、制御周波数ｆ（ｎ）に応じた音源信号ｘ（ｎ）を生成し、制御信号フィルタ２および参照信号フィルタ３に出力する。ここで、能動騒音制御装置１００が例えば適応ノッチフィルタを用いるものであれば、音源信号ｘ（ｎ）には、制御周波数ｆ（ｎ）に応じた正弦波信号および余弦波信号の２系統の信号が含まれる。このような音源信号生成方法の好適な例は、例えば国際公開第２０１３／１０８２９４号に開示されている。

ステップＳＴ１３において、制御信号フィルタ２は、音源信号生成部１から出力された音源信号ｘ（ｎ）を、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を用いてフィルタ処理し、原制御信号ｄ（ｎ）を安定化処理部５に出力する。ここで、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）は、１次かそれ以上の次数のフィルタ係数列である。
また、音源信号ｘ（ｎ）が正弦波信号および余弦波信号の２系統の信号を含んでいる場合、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）も、正弦波信号用のフィルタ係数列および余弦波信号用のフィルタ係数列を含む。そして、制御信号フィルタ２は、正弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果と、余弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果とを加算した信号を、原制御信号ｄ（ｎ）とする。

ステップＳＴ１４において、安定化処理部５は、制御信号フィルタ２から出力された原制御信号ｄ（ｎ）に対し、制御周波数ｆ（ｎ）に応じた安定化処理を行い、外乱の作用によって生じた異音成分が除去され安定化された制御信号ｇ（ｎ）を生成する。安定化処理部５は、生成した制御信号ｇ（ｎ）を出力器２００に出力する。この際の、安定化処理部５の動作の詳細については後述する。

出力器２００は、安定化処理部５から出力された制御信号ｇ（ｎ）を二次騒音に変換し、出力する。出力器２００から出力された二次騒音は、二次経路５００を伝播し、その過程において二次経路５００の伝達特性の影響を受けた後、騒音源４００から発生する騒音に干渉し、当該騒音を低減する。
低減された騒音は、さらに外乱源６００からの外乱が加えられる。

検出器３００は、騒音と二次騒音と外乱の加算結果、つまり残留騒音に外乱が加わった外乱つき誤差を検出し、誤差信号ｅ（ｎ）を生成する。検出器３００で生成された誤差信号ｅ（ｎ）は、能動騒音制御装置１００内のフィルタ係数更新部４に入力される。

ステップＳＴ１５において、参照信号フィルタ３は、音源信号生成部１から出力された音源信号ｘ（ｎ）を、二次経路５００の伝達特性を備えた参照フィルタ係数列Ｃを用いてフィルタ処理し、参照信号ｒ（ｎ）をフィルタ係数更新部４に出力する。ここで、参照フィルタ係数列Ｃは、１次かそれ以上の次数のフィルタ係数列である。
また、音源信号ｘ（ｎ）が正弦波信号および余弦波信号の２系統の信号を含んでいる場合、参照フィルタ係数列Ｃも、正弦波信号用のフィルタ係数列および余弦波信号用のフィルタ係数列を含む。この場合、参照信号ｒ（ｎ）には、正弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果の信号、および余弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果の信号の２系統が含まれる。

ステップＳＴ１６において、フィルタ係数更新部４は、参照信号フィルタ３から出力された参照信号ｒ（ｎ）と、検出器３００から出力された誤差信号ｅ（ｎ）と、所定のステップ幅とに基づいて、誤差信号ｅ（ｎ）に含まれる残留騒音が減少するように、制御信号フィルタ２の制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）の値を逐次更新する。ここでは、例えばＬＭＳ、ＮＬＭＳまたはＲＬＳ等のよく知られたアルゴリズムを用いることができる。

この際、誤差信号ｅ（ｎ）に外乱源６００からの外乱が含まれていると、フィルタ係数更新部４は、対象としている騒音とともに外乱も含めて低減するように制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新する。しかしながら、多くの場合において音源信号ｘ（ｎ）と外乱は無関係である。また、音源信号ｘ（ｎ）を入力とし、外乱を低減する制御信号ｇ（ｎ）を出力とするような、線形シフト不変フィルタは存在しない。そのため、時刻ｎの誤差信号ｅ（ｎ）に含まれる外乱を低減するように更新された制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）は、当該制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）が反映された二次騒音が出力器２００から出力される時点の外乱には、もはや有効でなくなっている。すなわち、更新された制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）において、外乱によって誘因された成分は、能動騒音制御装置１００が対象としている騒音の低減にも外乱の低減にも寄与しない、単なる夾雑成分でしかない。ただし、その夾雑成分は、制御信号フィルタ２が出力する原制御信号ｄ（ｎ）を不安定にし、異音成分を発生させる。

そこで、安定化処理部５は、原制御信号ｄ（ｎ）から異音成分を除去し、安定化された制御信号ｇ（ｎ）に変えて出力器２００に出力する。これにより、従来のように制御信号ｇ（ｎ）そのものをミュートしたり、フィルタ係数更新部４のステップ幅を抑制したりすることなく、外乱の影響を抑制する。

安定化特性調整部５１は、制御周波数ｆ（ｎ）を含んだ所定の帯域幅の周波数帯域の信号を通し、これ以外の周波数帯域の信号を遮断するように、安定化フィルタ５２のフィルタ特性を調整する。例えば、制御周波数ｆ（ｎ）よりも所定の周波数以上高い周波数帯域を遮断するようなローパス特性、または制御周波数ｆ（ｎ）よりも所定の周波数以上低い周波数帯域を遮断するようなハイパス特性、あるいはローパス特性とハイパス特性の両方を兼ね備えたバンドパス特性のうちのいずれかのフィルタ特性を、安定化フィルタ５２に付与することが考えられる。所定の周波数は、安定化特性調整部５１に予め設定されている値である。この所定の周波数は、安定化フィルタ５２が制御周波数ｆ（ｎ）の信号に影響を与えないようにするための安全マージンとして設けられたものであり、その値は経験的に定められる。
ここでは、安定化フィルタ５２が異なる帯域通過特性を持った複数のフィルタ係数列を予め保持しており、安定化特性調整部５１はその中から制御周波数ｆ（ｎ）に応じたフィルタ係数列を選択して安定化フィルタ５２に指示することとする。

図４は、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００における安定化処理部５の動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートに示された処理は、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ１４で実施される処理である。
以下では、例として、Ｍ個の異なるバンドパス特性を持ったフィルタ係数列の中から、制御周波数ｆ（ｎ）に応じたフィルタ係数列を選択する方法を説明する。安定化フィルタ５２が保持しているＭ個のフィルタ係数列は、番号ｍによって指定されるものとする。

ステップＳＴ１４−１において、安定化特性調整部５１は、フィルタ係数列の番号として、はじめにｍ＝１を設定する。
ステップＳＴ１４−２において、安定化特性調整部５１は、ｍ番目のフィルタ係数列を選択する。

ステップＳＴ１４−３において、安定化特性調整部５１は、ｍ番目のフィルタ係数列のフィルタ特性における高域側の遮断周波数が、制御周波数ｆ（ｎ）より所定の閾値以上高いか否かを判定する。なお、高域側の遮断周波数とは、その周波数より高くなると、利得が所定値以下となるような周波数を指すものとする。ここで、所定の閾値は、上述した所定の周波数と同じものである。
安定化特性調整部５１は、高域側の遮断周波数が制御周波数ｆ（ｎ）より所定の閾値以上高い場合（ステップＳＴ１４−３“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１４−４に進み、それ以外の場合（ステップＳＴ１４−３“ＮＯ”）、ステップＳＴ１４−６に進む。

ステップＳＴ１４−４において、安定化特性調整部５１は、ｍ番目のフィルタ係数列のフィルタ特性における低域側の遮断周波数が、制御周波数ｆ（ｎ）より所定の閾値以上低いか否かを判定する。なお、低域側の遮断周波数とは、その周波数より低くなると、利得が所定値以下となるような周波数を指すものとする。
安定化特性調整部５１は、低域側の遮断周波数が制御周波数ｆ（ｎ）より所定の閾値以上低い場合（ステップＳＴ１４−４“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１４−５に進み、それ以外の場合（ステップＳＴ１４−４“ＮＯ”）、ステップＳＴ１４−６に進む。

ステップＳＴ１４−５において、安定化特性調整部５１は、現在選択しているｍ番目のフィルタ係数列を安定化フィルタ５２に指示する。

ステップＳＴ１４−６において、安定化特性調整部５１は、ｍ＝ｍ＋１となるようｍの値を更新し、ステップＳＴ１４−２に戻る。
なお、ここでは、あらゆる制御周波数ｆ（ｎ）に対して、ステップＳＴ１４−３およびステップＳＴ１４−４の条件を満たすフィルタ係数列が必ず一つ以上は存在するように、Ｍ個のフィルタ係数列が安定化フィルタ５２に与えられているものとしている。

ステップＳＴ１４−７において、安定化フィルタ５２は、安定化特性調整部５１から指示されたフィルタ係数列を用いて原制御信号ｄ（ｎ）に対しフィルタ処理を行い、制御信号ｇ（ｎ）を出力する。安定化特性調整部５１から安定化フィルタ５２に指示されたフィルタ特性は、制御周波数ｆ（ｎ）を含む周波数帯域の信号を通し、これ以外の周波数帯域の信号を遮断するので、外乱の影響によって生じた異音成分が除去される。

次に、能動騒音制御装置１００のハードウェア構成を説明する。
能動騒音制御装置１００における音源信号生成部１、制御信号フィルタ２、参照信号フィルタ３、フィルタ係数更新部４および安定化処理部５の各機能は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いた専用のハードウェアで実現することも可能であるし、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサで実現することも可能である。あるいは、電子回路、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等のハードウェア、およびメモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサを組み合わせて実現することも可能である。

図５は、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００を、メモリ１００２に格納されたプログラムを実行するプロセッサ１００１によって実現する場合の、ハードウェア構成の一例を示すブロック図である。なお、後述する実施の形態２，３に係る能動騒音制御装置１００，１０１も、基本的なハードウェア構成は図５に示す構成と同様である。
能動騒音制御装置１００における音源信号生成部１、制御信号フィルタ２、参照信号フィルタ３、フィルタ係数更新部４および安定化処理部５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１００２に記憶される。プロセッサ１００１は、メモリ１００２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、能動騒音制御装置１００は、プロセッサ１００１により実行されるときに、図３および図４で示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１００２を備える。また、プログラムは、音源信号生成部１、制御信号フィルタ２、参照信号フィルタ３、フィルタ係数更新部４および安定化処理部５の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

また、外部機器から能動騒音制御装置１００への制御周波数ｆ（ｎ）の入力、能動騒音制御装置１００から出力器２００への制御信号ｇ（ｎ）の出力、および検出器３００から能動騒音制御装置１００への誤差信号ｅ（ｎ）の入力などは、入出力インタフェース１００３を介して行われる。なお、入出力インタフェース１００３は、接続する機器に応じて、１つであってもよいし複数であってもよい。
バス１００４は、プロセッサ１００１、メモリ１００２および入出力インタフェース１００３を接続する。なお、バス１００４は適宜バスブリッジ等を用いて構成されてもよい。

また、制御信号フィルタ２、参照信号フィルタ３および安定化フィルタ５２は、アナログフィルタまたはデジタルフィルタによって実現することができる。
以下、安定化フィルタ５２を例に用いてフィルタの構成例を説明する。安定化フィルタ５２をアナログフィルタで構成する場合、回路内に可変抵抗素子を設け、その抵抗値を安定化特性調整部５１の指示に従って動的に変更することによってフィルタ特性を調整する。安定化フィルタ５２をデジタルフィルタで構成する場合、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、またはＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタなどのフィルタで構成し、そのフィルタ係数を安定化特性調整部５１の指示に従って変更することによってフィルタ特性を調整する。また、アナログフィルタ、デジタルフィルタのいずれにおいても、安定化フィルタ５２を、異なる周波数帯域を通過帯域とする複数のフィルタで構成し、原制御信号ｄ（ｎ）に対するそれぞれのフィルタの出力を、安定化特性調整部５１の指示によってセレクタで選択するか、または適当な利得を与えてミキサで混合するなどの方法で、フィルタ特性の動的な調整を実現してもよい。

以上のように、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００は、騒音を発する騒音源４００に応じて特定される制御周波数ｆ（ｎ）に基づいて音源信号ｘ（ｎ）を生成する音源信号生成部１と、音源信号ｘ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って原制御信号ｄ（ｎ）を生成する制御信号フィルタ２と、原制御信号ｄ（ｎ）のうちの制御周波数ｆ（ｎ）を含む周波数帯域の信号を通過させ、騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断するフィルタ処理を行って制御信号ｇ（ｎ）を生成する安定化処理部５と、音源信号ｘ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って参照信号ｒ（ｎ）を生成する参照信号フィルタ３と、制御信号ｇ（ｎ）を元に生成された二次騒音と騒音との干渉の結果から得られる誤差信号ｅ（ｎ）および参照信号ｒ（ｎ）を用いて、制御信号フィルタ２の制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新するフィルタ係数更新部４とを備える構成である。この構成により、騒音に対して有効な周波数成分が制御信号ｇ（ｎ）から損なわれることを防ぎつつ、外乱によって誘因された制御信号ｇ（ｎ）中の異音成分が除去できる。よって、外乱によって生じた異音を、騒音の消音効果を損なうことなく抑制することができる。

また、実施の形態１によれば、フィルタ係数更新部４のステップ幅を抑制する代わりに、安定化処理部５が原制御信号ｄ（ｎ）に安定化処理を施すようにしたので、騒音の変化に対する制御信号ｇ（ｎ）の追従性能の低下を防ぐことができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００は、制御信号ｇ（ｎ）を安定化フィルタ５２でフィルタ処理することで異音を除去するが、この際、安定化フィルタ５２の群遅延特性による遅延が制御信号ｇ（ｎ）に付与される。群遅延特性による遅延は、フィルタ係数更新部４が制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新してからその結果を反映した誤差信号ｅ（ｎ）を受け取るまでの遅延時間に加えられるため、群遅延特性による遅延が大きいと、騒音の変化に対する追従性能が低下する原因となる。そこで、実施の形態２では、制御信号ｇ（ｎ）を安定化フィルタ５２で処理する代わりに、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）の更新値をフィルタ処理することで、制御信号ｇ（ｎ）に遅延を付与せずに異音成分の除去を行うようにする。

図６は、この発明の実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１は、図１に示した実施の形態１の能動騒音制御装置１００における安定化処理部５の代わりに係数安定化処理部６が追加された構成である。図６において図１と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

次に能動騒音制御装置１０１の詳細構成について説明する。能動騒音制御装置１０１は、音源信号生成部１と、制御信号フィルタ２と、参照信号フィルタ３と、フィルタ係数更新部４と、係数安定化処理部６とを備える。

フィルタ係数更新部４は、参照信号フィルタ３、係数安定化処理部６および検出器３００に接続されている。このフィルタ係数更新部４は、参照信号フィルタ３からの参照信号ｒ（ｎ）と、検出器３００からの誤差信号ｅ（ｎ）と、所定のステップ幅とに基づいて係数更新値ΔＷ（ｎ）を算出し、係数安定化処理部６に出力する。係数更新値ΔＷ（ｎ）は、制御信号フィルタ２の制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新するためのものである。

係数安定化処理部６は、制御信号フィルタ２およびフィルタ係数更新部４に接続されている。この係数安定化処理部６は、能動騒音制御装置１０１に入力された制御周波数ｆ（ｎ）に応じて、フィルタ係数更新部４からの係数更新値ΔＷ（ｎ）に対する安定化処理を行い、被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を生成する。係数安定化処理部６は、被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を制御信号フィルタ２に出力する。

制御信号フィルタ２は、音源信号生成部１、係数安定化処理部６および出力器２００に接続されている。この制御信号フィルタ２は、係数安定化処理部６からの被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）に加算することで、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新する。また、制御信号フィルタ２の出力は制御信号ｇ（ｎ）として扱われ、出力器２００に入力される。

図７は、実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１における係数安定化処理部６の内部構成を示すブロック図である。図示のように、実施の形態２の係数安定化処理部６は、安定化特性調整部６１と、安定化フィルタ６２とを備える。

安定化特性調整部６１は、制御周波数ｆ（ｎ）の高さに応じて、安定化フィルタ６２のフィルタ特性を調整する。この安定化特性調整部６１から安定化フィルタ６２へ、フィルタ特性の調整を指示する。

安定化フィルタ６２は、フィルタ係数更新部４からの係数更新値ΔＷ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って、被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を出力するフィルタである。この安定化フィルタ６２は、安定化特性調整部６１からの指示に従ってフィルタ特性を調整する。

次に、実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１の動作を説明する。図８は、実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１の動作を示すフローチャートである。なお、実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１が行う処理の順序は、図８のフローチャートで示される順序に限定されるものではなく、同等の結果を得られる限りにおいて、異なる順序で実施してもよいし一部の処理を並列化してもよい。

能動騒音制御装置１０１内の音源信号生成部１および係数安定化処理部６に対し、騒音の周波数を表す制御周波数ｆ（ｎ）が入力される。上述した通り、ｎは正の整数であり、デジタル信号処理におけるサンプリング時刻を表している。
ステップＳＴ２１において、音源信号生成部１は制御周波数ｆ（ｎ）を取得する。

ステップＳＴ２２において、音源信号生成部１は、制御周波数ｆ（ｎ）に応じた音源信号ｘ（ｎ）を生成し、制御信号フィルタ２および参照信号フィルタ３に出力する。
ステップＳＴ２３において、制御信号フィルタ２は、音源信号生成部１から出力された音源信号ｘ（ｎ）を、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を用いてフィルタ処理し、制御信号ｇ（ｎ）を出力器２００に出力する。
ステップＳＴ２４において、参照信号フィルタ３は、音源信号生成部１から出力された音源信号ｘ（ｎ）を、二次経路５００の伝達特性を備えた参照フィルタ係数列Ｃを用いてフィルタ処理し、参照信号ｒ（ｎ）をフィルタ係数更新部４に出力する。

ステップＳＴ２５において、フィルタ係数更新部４は、参照信号フィルタ３から出力された参照信号ｒ（ｎ）と、検出器３００から出力された誤差信号ｅ（ｎ）と、所定のステップ幅とに基づいて、誤差信号ｅ（ｎ）に含まれる残留騒音が減少するように、制御信号フィルタ２の制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）の更新値を算出し、係数更新値ΔＷ（ｎ）として係数安定化処理部６に出力する。この際、誤差信号ｅ（ｎ）に外乱源６００からの外乱が加わっていると、係数更新値ΔＷ（ｎ）には、外乱の作用による不適切な成分が含まれる。

ステップＳＴ２６において、係数安定化処理部６は、フィルタ係数更新部４から出力された係数更新値ΔＷ（ｎ）に対し、制御周波数ｆ（ｎ）に応じた安定化処理を行い、外乱の作用による不適切な成分を除去することで制御信号ｇ（ｎ）が安定化するようにした被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を生成する。係数安定化処理部６は、生成した被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を制御信号フィルタ２に出力する。

ステップＳＴ２７において、制御信号フィルタ２は、係数安定化処理部６から出力された被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）に加算することで、制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）を更新する。

ここで、係数安定化処理部６の安定化特性調整部６１および安定化フィルタ６２による、ステップＳＴ２６の処理の詳細を説明する。
制御周波数ｆ（ｎ）が高くなると騒音の時間変動も早くなることがあるため、安定化特性調整部６１は、安定化フィルタ６２のフィルタ特性を調整する際に制御周波数ｆ（ｎ）の高さに応じて通過帯域を調整する。例えば安定化フィルタ６２がローパス特性を持つフィルタである場合、安定化特性調整部６１は、制御周波数ｆ（ｎ）が高くなるほどローパス特性の遮断周波数が高くなるようなフィルタ係数列を、安定化フィルタ６２に指示する。これにより、騒音への追従性を確保する。

安定化フィルタ６２は、安定化特性調整部６１から指示されたフィルタ係数列を用いて、フィルタ係数更新部４からの係数更新値ΔＷ（ｎ）に対しフィルタ処理を行い、被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を出力する。

図９は、フィルタ係数更新部４が算出した係数更新値ΔＷ（ｎ）と、この係数更新値ΔＷ（ｎ）を係数安定化処理部６がフィルタ処理した被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）の時間推移を示すグラフの一例である。図示のとおり、安定化フィルタ６２によるフィルタ処理前の係数更新値ΔＷ（ｎ）には、時間的に細かな変動が現れている。この変動は、外乱によって生じた不適切な成分であり、グラフの上を細かく上下するのみで騒音の低減には寄与しない。安定化フィルタ６２はそのローパス特性によって、このような不適切な成分を除去し、図示のような安定した被安定化係数更新値ΔＷ’（ｎ）を出力する。これにより、制御信号ｇ（ｎ）に異音が生じることを回避する。

実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１は、実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００と同様に、ＡＳＩＣ等を用いた専用のハードウェアで実現することも可能であるし、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサで実現することも可能であるし、電子回路、ＬＳＩ等のハードウェア、およびメモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサを組み合わせて実現することも可能である。
また、安定化フィルタ６２は、アナログフィルタまたはデジタルフィルタによって実現することができる。

以上のように、実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１は、騒音を発する騒音源４００に応じて特定される制御周波数ｆ（ｎ）に基づいて音源信号ｘ（ｎ）を生成する音源信号生成部１と、音源信号ｘ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って制御信号ｇ（ｎ）を生成する制御信号フィルタ２と、音源信号ｘ（ｎ）に対しフィルタ処理を行って参照信号ｒ（ｎ）を生成する参照信号フィルタ３と、制御信号ｇ（ｎ）を元に生成された二次騒音と騒音との干渉の結果から得られる誤差信号ｅ（ｎ）および参照信号ｒ（ｎ）を用いて、制御信号フィルタ２の制御フィルタ係数列Ｗ（ｎ）の更新に使用される係数更新値ΔＷ（ｎ）を算出するフィルタ係数更新部４と、制御信号フィルタ２の特性が、音源信号ｘ（ｎ）のうちの制御周波数ｆ（ｎ）を含む周波数帯域の信号を通過させ、騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断する特性になるよう、係数更新値ΔＷ（ｎ）に対しフィルタ処理を行う係数安定化処理部６とを備える構成である。この構成により、制御信号ｇ（ｎ）に遅延を加えることなく、制御信号ｇ（ｎ）中の異音成分を除去できる。よって、外乱によって生じた異音を、騒音の消音効果を損なうことなく抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、騒音の周波数の変化が激しい場合に、騒音の周波数に応じて安定化処理を緩和することで、制御信号ｇ（ｎ）を速やかに追従させるようにする。

実施の形態３に係る能動騒音制御装置１００は、図１に示した実施の形態１に係る能動騒音制御装置１００と図面上は同じ構成であり、安定化処理部５のみ内部構成が異なる。ここで、図１０に、実施の形態３に係る能動騒音制御装置１００における安定化処理部５のブロック図を示す。図示のように、実施の形態３の安定化処理部５は、安定化特性調整部５１と、安定化フィルタ５２と、周波数変化量算出部５３とを備える。

図１１は、実施の形態３における安定化処理部５の動作を示すフローチャートである。なお、実施の形態３の安定化処理部５が行う処理の順序は、図１１のフローチャートで示される順序に限定されるものではなく、同等の結果を得られる限りにおいて、異なる順序で実施してもよいし一部の処理を並列化してもよい。
この図１１のフローチャートに示された処理は、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ１４で実施される処理である。

ステップＳＴ３１において、周波数変化量算出部５３は、制御周波数ｆ（ｎ）を用いて、制御周波数の時間変化の大きさを計算し、周波数変化量Δｆ（ｎ）として安定化特性調整部５１に出力する。
周波数変化量Δｆ（ｎ）は、例えば下式（１）を用いて計算される。ただし、αは０≦α＜１を満たす実数とする。

Δｆ（ｎ）
＝α×Δｆ（ｎ−１）＋（１−α）×（ｆ（ｎ）−ｆ（ｎ−１）） （１）

ステップＳＴ３２において、安定化特性調整部５１は、周波数変化量算出部５３から出力された周波数変化量Δｆ（ｎ）を所定の閾値ＴＨと比較する。所定の閾値ＴＨは、実験等によりヒューリスティックに決定され、安定化特性調整部５１に予め設定されている値である。
安定化特性調整部５１は、Δｆ（ｎ）＜ＴＨである場合（ステップＳＴ３２“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ３３に進み、Δｆ（ｎ）≧ＴＨである場合（ステップＳＴ３２“ＮＯ”）、ステップＳＴ３４に進む。

ステップＳＴ３３において、安定化特性調整部５１は、制御周波数ｆ（ｎ）に基づいて安定化フィルタ５２のフィルタ特性を調整する。この場合におけるフィルタ特性の調整方法は、実施の形態１と同様とする。

ステップＳＴ３４において、安定化特性調整部５１は、周波数変化量Δｆ（ｎ）に基づいて安定化フィルタ５２のフィルタ特性を調整する。例えば安定化フィルタ５２がローパス特性を持つフィルタである場合、安定化特性調整部５１は、周波数変化量Δｆ（ｎ）が大きくなるに従って、より遮断周波数の高いローパス特性を持つように安定化フィルタ５２を調整する。これにより、騒音の周波数の変化が大きい場合には、安定化フィルタ５２の通過帯域が広がり、安定化処理が緩和されるので、変化の激しい騒音に制御信号ｇ（ｎ）が追従できるようになる。

ステップＳＴ３５において、安定化フィルタ５２は、安定化特性調整部５１により調整されたフィルタ特性に従って原制御信号ｄ（ｎ）をフィルタ処理し、制御信号ｇ（ｎ）を出力する。

以上のように、実施の形態３では、周波数変化量算出部５３が、制御周波数ｆ（ｎ）の時間変化の大きさを示す周波数変化量Δｆ（ｎ）を算出し、安定化特性調整部５１が、周波数変化量Δｆ（ｎ）が予め定められた閾値ＴＨ未満の場合に制御周波数ｆ（ｎ）を含む周波数帯域が通過帯域となるように安定化フィルタ５２を調整し、周波数変化量Δｆ（ｎ）が予め定められた閾値ＴＨ以上の場合に周波数変化量Δｆ（ｎ）が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように安定化フィルタ５２を調整する構成である。この構成により、騒音の周波数の変化に対して、能動騒音制御装置１００の追従性を維持することができる。

なお、実施の形態３の安定化処理を、実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１の係数安定化処理部６に適用してもよい。その場合、実施の形態３に係る能動騒音制御装置１０１は、図６に示した実施の形態２に係る能動騒音制御装置１０１と図面上は同じ構成であり、係数安定化処理部６のみ内部構成が異なる。

ここで、図１２に、実施の形態３に係る能動騒音制御装置１０１における係数安定化処理部６のブロック図を示す。図示のように、実施の形態３の係数安定化処理部６は、安定化特性調整部６１と、安定化フィルタ６２と、周波数変化量算出部６３とを備える。
周波数変化量算出部６３は、制御周波数ｆ（ｎ）を用いて、制御周波数の時間変化の大きさを示す周波数変化量Δｆ（ｎ）を計算し、安定化特性調整部６１に出力する。

安定化特性調整部６１は、周波数変化量算出部６３から出力された周波数変化量Δｆ（ｎ）が所定の閾値ＴＨ未満である場合、実施の形態２と同様に、制御周波数ｆ（ｎ）の高さに応じて通過帯域が変化するように安定化フィルタ６２のフィルタ特性を調整する。
一方、周波数変化量Δｆ（ｎ）が所定の閾値ＴＨ以上である場合、安定化特性調整部６１は、周波数変化量Δｆ（ｎ）が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように安定化フィルタ６２のフィルタ特性を調整することによって、安定化処理を緩和する。
この構成により、騒音の周波数の変化に対して、能動騒音制御装置１０１の追従性を維持することができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る能動騒音制御装置は、例えば機械類の発する騒音に対し、相殺する騒音を発生させてこれを低減させるものであり、例えば自動車のエンジンの騒音を低減させるものに適している。

１ 音源信号生成部、２ 制御信号フィルタ、３ 参照信号フィルタ、４ フィルタ係数更新部、５ 安定化処理部、６ 係数安定化処理部、５１，６１ 安定化特性調整部、５２，６２ 安定化フィルタ、５３，６３ 周波数変化量算出部、１００，１０１ 能動騒音制御装置、２００ 出力器、３００ 検出器、４００ 騒音源、５００ 二次経路、６００ 外乱源、１００１ プロセッサ、１００２ メモリ、１００３ 入出力インタフェース、１００４ バス。

Claims (6)

1. 騒音を発する騒音源に応じて特定される制御周波数に基づいて音源信号を生成する音源信号生成部と、
   前記音源信号に対しフィルタ処理を行って原制御信号を生成する制御信号フィルタと、
   前記原制御信号のうちの前記制御周波数を含む周波数帯域の信号を通過させ、前記騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断するフィルタ処理を行って制御信号を生成する安定化処理部と、
   前記音源信号に対しフィルタ処理を行って参照信号を生成する参照信号フィルタと、
   前記制御信号を元に生成された二次騒音と前記騒音との干渉の結果から得られる誤差信号、および前記参照信号を用いて、前記制御信号フィルタのフィルタ係数列を更新するフィルタ係数更新部とを備える能動騒音制御装置。
2. 前記安定化処理部は、
   前記原制御信号に対しフィルタ処理を行って前記制御信号を生成する安定化フィルタと、
   前記制御周波数を含む周波数帯域が通過帯域となるように前記安定化フィルタを調整する安定化特性調整部とを有することを特徴とする請求項１記載の能動騒音制御装置。
3. 前記安定化処理部は、前記制御周波数の時間変化の大きさを示す周波数変化量を算出する周波数変化量算出部を有し、
   前記安定化特性調整部は、前記周波数変化量が予め定められた閾値未満の場合、前記制御周波数を含む周波数帯域が通過帯域となるように前記安定化フィルタを調整し、前記周波数変化量が前記予め定められた閾値以上の場合、前記周波数変化量が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように前記安定化フィルタを調整することを特徴とする請求項２記載の能動騒音制御装置。
4. 騒音を発する騒音源に応じて特定される制御周波数に基づいて音源信号を生成する音源信号生成部と、
   前記音源信号に対しフィルタ処理を行って制御信号を生成する制御信号フィルタと、
   前記音源信号に対しフィルタ処理を行って参照信号を生成する参照信号フィルタと、
   前記制御信号を元に生成された二次騒音と前記騒音との干渉の結果から得られる誤差信号、および前記参照信号を用いて、前記制御信号フィルタのフィルタ係数列の更新に使用される係数更新値を算出するフィルタ係数更新部と、
   前記制御信号フィルタの特性が、前記音源信号のうちの前記制御周波数を含む周波数帯域の信号を通過させ、前記騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断する特性になるよう、前記係数更新値に対しフィルタ処理を行う係数安定化処理部とを備える能動騒音制御装置。
5. 前記係数安定化処理部は、
   前記係数更新値に対しフィルタ処理を行う安定化フィルタと、
   前記制御周波数の高さに応じて通過帯域が変化するように前記安定化フィルタを調整する安定化特性調整部とを有することを特徴とする請求項４記載の能動騒音制御装置。
6. 前記係数安定化処理部は、前記制御周波数の時間変化の大きさを示す周波数変化量を算出する周波数変化量算出部を有し、
   前記安定化特性調整部は、前記周波数変化量が予め定められた閾値未満の場合、前記制御周波数の高さに応じて通過帯域が変化するように前記安定化フィルタを調整し、前記周波数変化量が前記予め定められた閾値以上の場合、前記周波数変化量が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように前記安定化フィルタを調整することを特徴とする請求項５記載の能動騒音制御装置。

Images