JPH01231597A - 騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は観測マイクロホンで受音した騒音から合成し
た騒音制御信号をスピーカから放射することにより、室
内騒音を抑圧する能動的な騒音制御装置に関するもので
ある。

「従来の技術」 第５図は従来の騒音制御装置の構成図である。

図において１は騒音源、２は騒音源１が放射する騒音信
号を受音する観測マイクロホン、３１，３２は観測マイ
クロホン２が受音した騒音信号を用いて騒音制御信号を
発生するフィルタ、４１　＋　４２はフィルタ３０，３
２で発生した騒音制御信号を室内に放射するスピーカ、
５は騒音源１から放射される騒音信号と上記騒音制御信
号との差信号で表される誤差信号を観測する騒音制御点
である。

第５図で時刻Ｊに騒音源１が発生する騒音信号なＸ、と
すれば、騒音制御点５で観測される誤差信号ｙｊは次の
ように表される。

ｙＪ＝（ｇｎ　　ｇ＋ｎ・（ｇｓ＋ｈ＋＋ｇｓ２ｈ２）
）”Ｘｊ　　・−■但し ｇｍ＝騒音源１と観測マイクロホン２との間の室内伝達
関数 ｇｓＩ＋ｇ３□：スピーカ４．　、４２と騒音制御点５
との間の室内伝達関数 り、、ｈ２：フィルタ３１，３□の伝達関数ｇｎ：騒音
源１と騒音制御点５との間の室内伝達関数 ０式より誤差信号χ、を制御する（零にする）ため（二
は、次式を満足する（伝達関数ｈ１．ｈ２を有するフィ
ルタ３１，３゜を実現すれば良いことが分かる。

ｇｍ”　（ｇｓＩ　’＋　＋ｇ３２　ｌ〕２　）＝ｇｌ
　　　　　−−００式を変形すれば、次の■“式が得ら
れる。

ｇ、１ｈ１＋ｇ、２ｈ２−ｇ、・１／ｇｍ・・・・・■
ここで伝達関数ｇｓ＋　Ｉ　ｇＳ２が共通の零点を持た
ないよう、スピーカ４□、４□を適当に配置すれば、■
式左辺ｇｓＩ　ｈｌ　”ｇＳ２　ｈ２を任意の１云連関
数に合成するフィルタ３．　、３２の存在性が、多入力
多出力逆フイルタ処理定理Ｍ　Ｉ　Ｎ　Ｔ　［１〕にに
って保証される。

しかしながら観測マイクロホン２を騒音源１の近傍に置
けない場合には、観測マイクロホン２と騒音源１の間の
室内（伝達関数ｇｍが非最小位相関数となるので、ｇｏ
・１／ｇｍは安定なものとしては存在しない。即ち従来
法では観測マイクロホン２が騒音源１の近傍に設置でき
ず、受音する騒音信号に室内反射音が加えられている場
合には、騒音制御点５で観測される室内騒音を制御する
ことかできないのである。

この発明の目的は観測マイクロホンを騒音源近傍（二設
置できず、受音する騒音信号に室内反射音が付加されて
いる場合にも、良好な騒音抑圧性能を示す、能動的な騒
音制御装置を提供することである。

「課題を解決するための手段」 この発明は騒音観測マイクロホン・フィルタ・スピーカ
より構成される騒音制御ユニットを複数個用いることに
より、該騒音制御ユニット未満の数の騒音制御点におい
て、任意の音圧を実現するものである。以下、騒音制御
点を１点とした場合について第１図を参照しながら、こ
の発明の説明を行う。図において第５図と重複する部分
には同一の番号を付は説明を省略している。また図中６
１゜６□はこの発明の騒音制御ユニットを表し、７．．
７２゜８□、８□および９□、９゜はそれぞれ騒音制御
ユニノ）６．．６□を構成する騒音観測マイクロホン、
フィルタ、スピーカを表している。

第１図の騒音制御系をブロック図を用いて表せば第２図
のようになる。第２図でｇｍｌ　Ｉ　ｇｍ２は観測騒音
源１からマイクロホン７□、７゜までの室内伝達関数、
ｇ３１　＋　ｇ３２はスピーカ９１，９゜から騒音制御
点５までの間の室内（伝達関数、ｈｌ、ｈ２はフィルタ
８１，８゜の伝達関数、ｇｎは騒音源１と騒音制御点５
との間の室内伝達関数を表している。

さらに室内伝達関数ｇｓｌ　＋　ｇＳ２とフィルタ８１
，８□の伝達関数ｈＩ　＋　ｈ２を入れ替えると、第２
図は第３図のように変形できる。第３図より時刻ｊに騒
音制御点５で観測される誤差信号ｙ、は、Ｙ””（ｇｎ
　　（ｇｔｒ＋＋ｇｓ＋ｈ＋＋ｇｍ２ｇｓ２ｈ２））’
ｘｊ」 ・　・　・・　■ 但し ｘだ時刻ｊに騒音源が発生する騒音信号となる。従って
誤差信号ｙ、を制御する（零にする）には、次式を満足
する１云達関数ｈＩ　＋　ｈ２を有するフィルタ８１，
８□を実現すれば良い。

ｇｍｌ　ｇｓＩ　ｈｌ　＋ｇｍ２　ｇＳ２　ｈ２　＝ｇ
ｏ”’　”’　”００式で、 △ ｇｌ　＝ｇｍ＋　ｇｓＩ ｇ２会ｇｍ２ｇｓ２ とすると、次式が得られる。

ｇｌ　ｈｌ　＋ｇ２　ｈ２”ｇｎ　　　　　　　　　　
　”’　”’　”■１従ってｇ）　＋　ｇ２が共通の零
点を持たないよう観測マイクロホン７１　＋　７２およ
びスピーカ９．　、９２の配置を定めれば、多入力多出
力逆フイルタ処理定理Ｍ　Ｉ　Ｎ　Ｔ　Ｄ：ｌ　を二よ
り、誤差信号ｙ１を零とするフィルタ８０，８゜の存在
性が保証され、それらの係数は次のように表される。

←　　　　ｍ＋ｉ＋１　　　　→ ←　　ｉ＋ｉ　　　→　　←　　ｌ＋１　　→△ １＝ｍ−１ △ ｇｎ＝ｇ（ｏ）十・・十ｇｎ呻）ＺＩ”）ｇ＋　Ｑｇｌ
（０）−Ｌ＋ｇ、　（ｎ）ｚ　ｆｍ＋ｇｎ”ｇ２（０）
＋−＋ｇ２ｉ１）ｚ　Ｈｈｎ’！ｈ、　（０）十−十り
、　（ｉ）ｚ　−（ｉ）１コ９．へｈ　２　（ｏ）　＋
　・　＋１１２（１）Ｚ　　（’）ｚ−１：遅れ演算子
（ｕｎｉｔ　ｃＪｅｌａｙ　）ｍ：伝達関数ｇｎ＋　ｇ
＋　＋　ｇ２の次数Ｉ：伝達関数ｈ１．ｈ２の次数 Ｔ：転置行列 ところが観測マイクロホン７□、７゜と騒音源１との間
の室内伝達関数ｇｍ＋　＋　ｇｍ２が測定困難となり、
０式のように該（伝達関数をはっきりと用いてフィルタ
８□、８□を定めることができない場合も起こり得る。

そのような場合を考慮にいれ、この発明の騒音制御装置
では、以下の方法を用いてフィルタ８１，８゜を求めて
いる。

まず次の条件を仮定する。

■　騒音源１が放射する騒音信号は定常雑音■　スピー
カ９□、９２から騒音制御点５までの伝達関数ｇｓｉ　
ｌ　ｇ５２は既知 ここでＩは空調騒音など多くの騒音が定常であると見な
せること、■はスピーカ９１　＋　”２からＭ系列信号
等を放射し、前もって計測しておけば良いこと、から現
実的な条件である。また観測マイクロホン７１，７□か
ら騒音源１までの伝達関数ｇｍｔ＋ｇｍ２には特別な拘
束条件を与えていない。

さて第３図で時刻Ｊにおけるｈｌ、ｈ２の入力信号ｘ１
４．ｘ２Ｊは、既知の伝達関数ｇｓ１　＋　ｇ５□と室
内反射音が付加された観測マイクロホン７１　＋　７２
が受音した騒音信号ｕ１．ｕ２との畳み込み演算で得ら
れる。すると時刻ｊに騒音制御点５で観測される誤差信
号ｙ、は次式で与えられる。

ｙ−＝　ｒ−ＨＴＸＪ　　　　　　　　　　・・・・・
・・・■Ｊ 但し ｒ、へＸｊ　ＴＲ Ｘ、へＣＸｊ　・−Ｘｊ−（ｍ＋ｉ　）　’］”Ｒ’４
［ｇｎ（０）−ｇｎ（ｍ＋’）：］’Ｈへ〔Ｈ１ＴＨ２
Ｔ〕” これより誤差パワーの期待値Ｅ（ｙ４”）を最小にする
フィルタ係数〔Ｈ１ＴＨ２Ｔ〕Ｔは次のように求められ
る。

［Ｈ，ＴＨ２Ｔ〕”　＝　Ｅ　（Ｘｊ各＞Ｔ、）−’　
−Ｅ　（Ｘｊ　ｒｊ　）・　・・・■ フィルタ係数〔Ｈ１ＴＨ２Ｔ、ｌＴの具体的な計算方法
には、十分な時間観測したＸｊ＋Ｊより、■式を直接解
く方法の他、逐次近似アルゴリズムに基づく繰り返し演
算を用い、時刻Ｊにおけるフィルタ係数〔Ｈ１ｊＴＨ２
ＪＴ〕“を■式の解に収束させられる方法もある。逐次
近似アルゴリズムとしては、例えばＬＭＳアルゴリズム
〔２〕 Ｈｊ＋、　＝　Ｈｊ＋αＸｊ）’ｊ　　　　　　　・・
・・・・・・・■ａ但し Ｈ１会〔Ｈｌ、ＴＨ２１ＴｌｌｌｌＴ α：収束係数 やや計算量は多くなるが、収束の速い再帰最小二乗アル
ゴリズム〔３〕 Ｈｊ十＋　　＝　Ｈｊ　＋μψｊ−工Ｘｊ３’ｊ　　　
　　　　　・・・　・　・・■　ｂψ１＋、＝　αψ１
＋ｘ、各、Ｔ　　　　　　　　　　・・・・・・・・　
■　Ｃ但し ψ。へＯ μ、α：係数 等を利用することができる。

次に■式で与えられる解ＣＨＩ　ＴＨ２Ｔ〕”が０式の
解と一致することを確かめよう。

西＝〔Ｇ１ＴＧ２Ｔ〕ＴＸｊ　　　　　　　　・・・・
・・・・■であることを用いて■式を変形すると、次の
［相］式が得られる。

ＣＨｔＴＨ２Ｔ：］”＝Ｅ　［ＧＩ　Ｇ２　〕ＴＸ３　
Ｘ１ＴＩ：Ｇ、　Ｇ２　〕）　’・Ｅ　（ＣＧＩ　Ｇ２
　）ＴＸｊ　ＸｊＴＲ）　　−［相］更に仮定■を考慮
して上式を変形すると、〔Ｈ，ＴＨ２Ｔ］”　＝　ＣＧ
＋　Ｇ２　〕−１Ｒ・・・・・・・・・［相］。

となり、０式で表される解に一致する。従って騒音制御
点５で観測される誤差信号ｙｊを零にするフィルタ８０
，８□は、■式の示すフィルタ係数を持つことが確かめ
られた。

即ちこの発明の騒音制御装置によれば、観測マイクロホ
ン７□、７２が騒音源近傍に設置できず、このため受音
する騒音信号に室内反射音が付加されてる場合にも、騒
音制御点５で観測される室内騒音を制御することができ
るのである。

以上、室内の１点で観測される騒音を制御する場合を例
に説明したが、室内の複数点を対象とする騒音制御の場
合でも、「従来の技術」及び「課題を解決するための手
段」で述べたのと全く同様の説明ができる。

「実施例」 この発明の実施例について第４図を参照しながら説明す
る。図において騒音源１から放射される騒音信号は室内
反射音が付加された後、騒音制御ユニット６、〜６ｋ（
ｋ＝２．３・・・・）の構成要素である観測マイクロホ
ン７、〜７におよび騒音ユニット数未満の数の騒音制飢
点５１〜５Ｌに設置された騒音制御点マイクロホン１０
０１〜１００Ｌで受音される。観測マイクロホン７１〜
７には受音信号をディジタル信号ｕ１〜ｕｋに変換し、
それぞれの信号をフィルタ８１〜８におよび畳み込み演
算器１０１へ出力する。フィルタ８１〜８にではｕ１〜
ｕｋとフィルタ係数Ｈ１〜Ｈｋとの畳み込み演算によっ
て騒音制御信号Ｓ１〜Ｓｋが合成される。フィルタ８１
〜８ｋにおいて合成された騒音制御信号５１〜Ｓｋはス
ピーカ９１〜９にへ人力され、アナログ信号に変換され
た後、これらスピーカから室内へ放射され、騒音源１か
ら放射される騒音信号との差信号で表される誤差信号と
なり、騒音制御点マイクロホン１００□〜１００Ｌで観
測される。畳み込み演算器１０１では予め測定したスピ
ーカ９１〜９ｋから騒音制御点マイクロホン１００．〜
１００Ｌまでの（公達関数ｇｖｗ（Ｖ＝ｌ　＋　２＋＋
＋＋−ｋ　；Ｗ＝ｌ　ｌ　２・・・　Ｌ）と時刻Ｊにお
ける観測マイクロホン７１〜７にの出カイ言号ｕ１〜Ｕ
ｋとから、 Ｘｖｗ　−ｇｖｗ−ｕｖ　　　　　　　　　　　−−−
■但し ＸｖＷ会〔ＸｖＷ（Ｊ）・Ｘｖｗ（Ｊ−１）〕７ｕｖ＝
第Ｖ番目の騒音制御ユニットを構成する観測マイクロホ
ンの出力信号 ！＝フィルタ８１〜８にの次数 が合成される。そして上記畳み込み演算器１０１の出力
信号ＸＸｊと騒音制御点マイクロホン１００□〜１０　
ｏＬで観測され、ディジタル化された誤差信号Ｙ、はフ
ィルタ係数演算器１０２に入力される。

フィルタ係数演算器１０２では「課題を解決するための
手段」で述べた逐次近似アルゴリズム■ａを多点制御用
に拡張した次のアルゴリズム〔４〕Ｈｊ　十、　　＝　
Ｈｊ　　＋　αＸＸｊ　　Ｙｊ　　　　　　　　　　　
　・・　・・・・　０但し Ｈ４：時刻Ｊにおけるフィルタ８□〜８にの係数←　　
　　ｋ　　　　→ Ｙｊ会〔ｙｌ・−ｙ、、　〕Ｔ ｙ、　−ｙ、、　：時刻Ｊに観測された誤差信号α：収
束係数 を実行し、時刻Ｊ＋１に対するフィルタ８１〜８にの係
数を定めた後、各フィルタの係数設定人力に係数を送り
出す。フィルタ８□〜８にの係数は、上記０，０式の処
理を繰り返すことにより、騒音制御点マイクロホン１０
０１〜１００Ｌで観測される誤差信号パワーの期待値を
零とする係数へと収束する。

即ちこの発明の騒音制御装置を用いれば、騒音源近傍に
騒音信号を観測するマイクロホンが設置できず、受音信
号に室内反射音が加わる場合にも騒音制御点において観
測される室内騒音を制御することが可能となる。

なお本実施例においては、スピーカ９１〜９ｋから放射
される騒音制御信号が観測マイクロホン７Ｉ〜７にで受
音されることによって生じる音響結合（ハウリング）の
除去手段を組み込んでいない。しかしスピーカ９□〜９
にと観測マイクロホン７、〜７にとの間の室内伝達関数
が測定可能であることを考えれば、上記音響結合が音響
用エコーキャンセラを用いることにより除去できること
は明らかであろう。

「発明の効果」 以りのようにこの発明の騒音制御装置によれば、騒音源
近傍に騒音信号を受音する観測マイクロホンの設置でき
る場合は勿論、騒音源の近傍に騒音信号を受音する観測
マイクロホンが設置できず、受音信号に室内反射音が付
加される場合でも、騒音制御点において観測される室内
騒音を制御することができる。

「文　献」 〔１〕三好、金円：音場の逆フイルタ問題、第２回ディ
ジタル信号処理ンンボジウム講演論文集Ｂ−１−１（１
９８７） 〔２〕ヘイキン著、武部訳：適応フィルタ入門、現代工
学社、ｐ−１０８（１９８７） 〔３〕ヘイキン著、武部訳：適応フィルタ入門、現代工
学社、ｐ、１４０（１９８７） ［４〕Ｓ、　Ｊ、　Ｅｌｌｉｏｔｔ　ｅｔ　ａｌ、：Ａ
Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ＥｒｒｏｒＬＭＳ　Ａｌｇｏｒｉｔ
ｈｍ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ
　ｔｈｅＡｃｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　５ｏｕ
ｎｄ　ａｎｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　。

ＩＥＥＥ　ｔｒａｎｓ、ＡＳＳＰ、ｖｏｌ、３５．ｐｐ
１４２３−

【図面の簡単な説明】

第１図は室内の１点において騒音制御を行う場合に用い
られるこの発明の騒音制御装置の構成図、第２図は第１
図に示すこの発明の騒音制御装置のブロック図、第３図
は第２図において伝達関数ｇｓｌ　＋　ｇ５２とｈｌ、
ｈ２を入れ換えて得られるブロック図、第４図は室内の
複数点において騒音制御を行う場合に用いられるこの発
明の騒音制御装置の一実施例を示す図、第５図は室内の
１点において騒音制御を行う場合に用いられる従来の騒
音制御装置の構成図である。 １：騒音源、２：従来の騒音制御装置で用いられている
観測マイクロホン、３□、３２：従来の騒音制御装置で
用いられているフィルタ、４、。 ４□：従来の騒音制御装置で用いられているスピーカ、
５，５１〜５に二基内に設けられる騒音制御点、６□〜
６に＝本発明の騒音制御ユニット、７、〜７に：騒音制
御ユニットを構成する観測マイクロホン、８１〜８に＝
騒音制御ユニットを構成するフィルタ、９．〜９に：騒
音制御ユニットを構成するスピーカ、１００１〜１００
Ｌ：騒音制御点に設置する騒音制御点マイクロホン、１
０１：畳み込み演算器、１０２：フィルタ係数演算器、
ｇｏ＝騒音源］から騒音制御点５までの伝達関数、２ｍ
１２ｇｍ２：騒音源１から観測マイクロホン７０，７□
までの室内伝達関数、ｇ５□。 ｇ８□：スピーカ９□、９゜から騒音制御点５までの室
内（伝達関数、ｈｌ、ｈ２：フィルタ８□、８□の伝達
関数、Ｎ：騒音源、ｕ１〜ｕｋ：観測マイクロホン７、
〜７ｋが受音し、ディジタル化した騒音信号、５１〜Ｓ
ｋ：フィルタ８□〜８にで合成した騒音制御信号、ｙ、
：室内の一点Ｃ二おいて騒音制御を行う場合に騒音制御
点で時刻ＪＣ二観測される誤差信号、ｘ、：時刻Ｊに騒
音源１から放射される騒音信号、ｒ、：時刻ｊに騒音源
１から騒音制御点５に放射される騒音信号、ｘｌｊ、ｘ
２１：それぞれ時刻ｊ（−おける観測マイクロホンの出
力信号ｕＩ　＋　ｕ２と伝達関数ｇ１２ｇ２の畳み込み
で得られる信号、ｙ１〜ｙＬ：この発明の実施例におい
て、時刻Ｊに騒音制御点マイクロホン１００１〜１００
Ｌで観測される誤差信号、ＸＸｊ：畳み込み演算器１０
１の出力信号、Ｉ（ｊｌ、：時刻Ｊ＋１に対するフィル
タ８１〜８にの係数（フィルタ係数演算器１０２の出力
信号）。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）騒音源が発生する騒音信号を観測するマイクロホ
   ンと、 そのマイクロホンが受音した騒音を用いて上記室内騒音
   を抑圧する騒音制御信号を合成するフィルタと、 上記騒音制御信号を室内に放射するスピーカとから成る
   騒音制御ユニットを複数用いて構成することを特徴とす
   る騒音制御装置。