JPH0336897A - 電子消音システム - 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、騒音源からの伝播音波に対して、逆位相で
且つ同一音圧の音波を発生させ、伝播する過程における
所定位置において、音波干渉により消音を行う電子消音
システムで、尚且つ前記所定位置については、伝播音が
三次元方向に広がることができる空間内にある電子消音
システムに関する。

〔従来の技術〕

三次元方向へ伝播可能な領域内で騒音を消音する方法と
して、大別すると２つの方法がある。第１の方法は、人
間のいる範囲など、騒音の伝播により支障をきたす範囲
を騒音から遮断することである。第２の方法は、騒音源
自体を遮断することである。

第１の方法に関しては、人間のいる範囲を遮音材で囲ん
だとしても、人の出入口など開口部を設けなければなら
ず、そこからの騒音の伝播は防止できない。また、遮音
材自体に低周波帯域の遮音効果があまりないなどの問題
がある。また、人間の耳をおおうようなイヤープロテク
タなどについては、低周波帯域における遮音効果に問題
がある。

第２の方法に関しては、騒音発生源が工作機などでは人
間の出入口が必要となり、第１の方法と同様な問題が生
ずる。騒音発生源が工作機など人間を必要としないもの
であっても、そこには機械の換気口などが必要となる。

換気口消音装置には、従来から使用されているものがあ
るが、低周波帯域の消音に問題がある。

一方、これらに対しては、管路内を伝播する騒音に対し
て実用化されている能動型消音器、即ち音源から伝播し
てきた騒音に対し、同一音圧、逆位相の付加音を放射し
、音波干渉により消音効果を強制的に生じさせる電子消
音システムが着目されつつある。これは電子デバイス、
信号処理技術等の急速な発達に伴って、最近様々な観点
からの研究成果が次々発表されている。

しかしながら、解決すべき多くの問題が山積みされてい
る。

電子消音システムを実用化するための技術！１題はその
制御系設計の基礎となるモデルの構築にあり、そのモデ
ルは下記の点に対応できることが要求される。先ず第１
の問題は連続スペクトル騒音の消音用フィルタを形成す
ることである。即ち変圧器騒音やコンプレッサ騒音のよ
うな離散スペクトル騒音のみならず自動車騒音や気流騒
音のような連続スペクトル騒音に対しても付加音を発生
させることができれば電子消音システムの用途が更に拡
大する。この実現に当たっては任意の振幅特性と位相特
性が得られるフィルタが必要となる。

更に第２の問題は電子消音システムに用いられるマイク
ロフォン、スピーカ等の電気音響変換器の特性補正を可
能にすることである。即ち電子消音システムの制御機能
を安定化させるためには制御系に電気音響変換器の微小
な特性劣化を補正する機能を持たせることが必須であり
、この問題も解決しなければならない。

我々が提案した電子消音システムでは上記第２の問題に
対応できるように付加音源に与える電気信号を作成する
ためのディジタルフィルタノ特性を適応制御することに
より音波の伝播通路（例えばダクト）の伝播特性の変化
及び制御系（付加音源としてのスピーカ、センサとして
のマイクロフォン等を含む）の特性変化に対応可能とし
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第１図に騒音情報検知手段ＳＤ、騒音と付加音（騒音を
打ち消すための音波）が干渉した後のエラーを検知する
エラーマイクロフォンＥＭを備えた適応型電子消音シス
テムの基本構成を示す。

基本動作としては、ディジタルフィルタ２の入力Ｘとエ
ラーマイクロフォンＥＭの出力Ｅの情報からＥのエネル
ギーが何等かの評価基準のもとで最小となるようにディ
ジタルフィルタ２の伝達関数を更新することである。

ここで重要なことは、ディジタルフィルタ２の出力から
エラー信号の加算点に至るまでにスピーカ、ダクト等の
伝送特性を表す時間遅延を伴った伝達関数りが存在する
ことであるが、この伝達関数りは、適応制御アルゴリズ
ムで推定可能である。

ところで、Ｖ　Ｓ　−Ｌ　Ｍ　Ｓ　（Ｖａｒｉａｂｌｅ
　Ｓｔｅｐ−ＬｅａｓｔＭｅａｎ　５ｑｕａｒｅ　）ア
ルゴリズムなど既存の適応制御アルゴリズムを適用する
ためには、適応型ディジタルフィルタの入力Ｘが明確に
定義されていることは勿論、その出力Ｙとエラー信号Ｅ
との関係が問題となってくる。ディジタルフィルタ２の
出力が決定された後、瞬時にエラー信号Ｅが観測可能な
システムの場合や、少なくともディジタルフィルタ２の
次の係数更新時ま“でにエラー信号Ｅが確定しているシ
ステムの場合には基本的には問題なく適用可能である。

音響信号を対象としたものとして、エコーキャンセラ用
フィルタなどはよい例であり、フィルタ出力子はそのま
まエラー信号Ｅに反映されている。ところが、第１図に
示す電子消音システムのフィルタ出力はそのままの状態
ではＥに関係しておらず、スピーカの電気音響変換特性
、スピーカからマイクロフォンまでの伝送特性、空間で
の音響信号の重畳（干渉）過程、マイクロフォンの音響
電気変換特性を経由してエラー信号Ｅが得られる。この
伝達関数りを考慮しないと消音効果は全く得られない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
付加用音源から評価用マイクロフォンに至る伝送系の伝
達関数を考慮して適応制御を行い得る電子消音システム
を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成する為に、音波の伝播通路内に
於ける騒音源からの伝播音波に対して逆位相で且つ同一
音圧の音波を発生させ、前記伝播通路内の所定位置でそ
の音波干渉により消音を行う電子消音システムにおいて
、前記伝播領域内の前記所定位置より騒音源側に配設さ
れ、該騒音源からの伝播音波を検出し電気信号に変換す
る騒音情報検知手段と、前記伝播領域内に於ける騒音情
報検知手段の配役位置と前記所定位置との間に設けられ
騒音源からの伝播音波を該所定位置において打ち消すた
めの音波を放射する電気機械変換手段と、該電気機械変
換手段の配設位置と前記所定位置との間又は該所定位置
に設けられ、該電気機械変換手段及び前記騒音源からの
伝播音波を検出し電気信号に変換する機械電気変換手段
と、前記騒音情報検知手段の出力信号を取り込み、与え
られた伝達関数に基づいて電子消音システムの消音量が
最大になるように前記電気機械変換手段に与える駆°動
信号を作成する駆動信号作成手段と、該駆動信号作成手
段に付与すべき伝達関数を決定し、該伝達関数を特定す
る為の制御パラメータを駆動信号作成手段に設定すると
共に、伝播領域の伝播特性の変化及び制御系の特性変化
に応じて前記制御パラメータを修正する制御手段とを備
えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明に係る電子消音システムでは音波の伝播領域内に
擬似信号に基づく音波が付加音源としての電気機械変換
手段より放射され、この音波に対して消音効果を評価す
るための機械電気変換手段の出力信号（エラー信号〉が
最小となるように駆動信号作成手段の出力端から機械電
気変換手段に至る音波の伝播領域及び電気信号の伝送路
を含む伝送系の伝送特性を示す時間遅延を伴う伝達関数
が制御手段により特定される。

更に制御手段はこの特定された時間遅延を伴う伝達関数
を考慮して所定の適応アルゴリズムに基づいて前記駆動
信号作成手段に付与すべき伝達関数を決定する。

このように槽底することにより三次元の音波の伝播領域
において消音効果の高い電子消音システムを実現するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、添付図面に従って本発明に係る電子消音システム
の好ましい実施例を詳説する。

第１図において音波の三次元の伝播領域内において騒音
源からの伝播音波を検出する騒音情報検知用センサマイ
クロフォンＳＤ、エラーマイクロフォンＥＭが付加音源
としてのスピーカＳを基準にしてその上流側と下流側の
位置に夫々設置されている。

前記センサマイクロフォンＳＤによって検出され、アン
プ３０及びＡ／Ｄ変換器５０を介して出力される騒音を
示す信号Ｘは、適応型ディジタルフィルタ２及びコント
ローラ部１０に人力されるように構成されている。コン
トローラ部ＩＯにはエラー信号Ｅとしてエラーマイクロ
フォンＥＭの出力信号がアンプ３２及びＡ／Ｄ変換器５
２を介して人力されるようになっている。

コントローラ部ｌＯはエラー信号Ｅが最小となるように
人力信号Ｘ及びエラー信号已に基づいてディジタルフィ
ルタ２に付与すべき伝達関数を決定し、その伝達関数を
特定するための制御パラメータであるフィルタ係数をデ
ィジタルフィルタ２に与える。ディジタルフィルタ２で
は与えられたフィルタ係数に基づいて人力信号Ｘを所定
の振幅、位相特性の信号に変換処理する。このディジタ
ルフィルタ２の出力信号はＤ／Ａ変換器５４でＤ／Ａ変
換されて消音用音波を放射する付加音源としてのスピー
カＳに出力されるのである。このようにしてエラーマイ
クロフォンＥＭの位置において騒音源からの伝播音波は
消去される。

第１図に示した電子消音システムのモデルを示す第２図
においてＧは騒音情報検知用マイクロフォンＳＤ、エラ
ーマイクロフォンＥＭの間の伝播領域内における音波の
伝播特性及び騒音情報検知用マイクロフォンＳＤ、エラ
ーマイクロフォンＥＭの変換特性を加味した伝達関数、
Ｄは既述したようにディジタルフィルタ２の出力端から
エラー信号の加算点まで、換言すればディジタルフィル
タ２の出力端からスピーカＳ１スピーカＳからエラーマ
イクロフォンＥＭまでの伝播領域及びエラーマイクロフ
ォンＥＭについての各電気音響変換器自体の変換特性及
び音波の伝播特性を含めた伝送特性を示す伝達関数であ
る。

次に伝達関数りを考慮した電子消音システムをコントロ
ーラを含めて具体化したモデルを第３図に示す。このモ
デルではコントローラ部１０に適応制御アルゴリズムと
してＶＳ−ＬＭＳアルゴリズムを用い、伝達関数りを乗
じたものをディジタルフィルタ２の入力信号として捉え
、これを用いてディジタルフィルタ２の係数の更新を行
う。従ってＶＳ−ＬＭＳアルゴリズムによる演算の入力
として入力信号ＸをＸ−Ｄに置換することによってＶ　
、Ｓ　−Ｌ　Ｍ　Ｓアルゴリズムによるフィルタ係数の
更新が可能となる。

伝達関数りはシステムを稼動する前に擬似信号にてコン
トローラ部ｌＯにより求め、伝達関数りを特定するフィ
ルタ係数を決定する。即ち、システムを稼動する前に擬
似信号をスピーカＳに出力して音波の伝播領域内に音波
を放射し、エラーマイクロフォンＥＭの出力信号に基づ
いてその出力信号が最小となるようにディジタルフィル
タ２の出力端からエラーマイクロフォンＥＭに至る音波
の伝播領域及び電気信号の伝送路を含む伝送系の伝送特
性を示す時間遅延を伴う伝達関数を特定し、その特定さ
れた伝達関数を考慮して所定の適応アルゴリズムに基づ
いてディジタルフィルタ２に付与すべき伝達関数を特定
とするフィルタ係数を決定する。

そして、システム稼動時にはこのフィルタ係数を固定し
てＶＳ−ＬＭＳアルゴリズムによりディジタルフィルタ
２が適応制御される。

尚、第１図に示した適応型ディジタルフィルタ２におい
てはＶＳ−ＬＭＳアルゴリズムを用いたが、これに限ら
ずＢ　Ｌ　Ｍ　Ｓ　（Ｂｌｏｃｋ　Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａ
ｎ　５ｑｕａｒｅ　）或いはＦ　Ｌ　Ｍ　Ｓ　（Ｆａｓ
ｔ　Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　５ｑｕａｒｅ）等の適応ア
ルゴリズムを使用してもよい。

また、騒音情報検知手段が、機械電気交換手段の場合、
第４図に示すように、ディジタルフィルタ２２と加算点
２０を設け、音響フィードバックを消去するよう構成し
てもよい。

また、第４図に示すように、騒音によってフィルタ３０
０．３０１を設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る電子消音システムによ
れば、音波が三次元方向に広がることが可能な領域内で
伝播する騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される電子消音システムの基本構
成を示す原理図、第２図は第１図に示した電子消音シス
テムのモデルを示す説明図、第３図は時間遅れを伴う伝
達関数りを考慮した電子消音システムをコントローラを
含めて具体化したモデルを示す説明図、第４図は音響フ
ィードバックを考慮し、またフィルタを設けた場合の変
形例の説明図である。 ２・・・ＦＩＲ適応型ディジタルフィルタ、１０・・・
コントローラ、　　２０・・・加算点、　　５０．５２
・・・Ａ／Ｄコンバータ、　　５４・・・Ｄ／Ａコンバ
ータ、３００．３０１・・・フィルタ、　ＳＤ・・・騒
音情報検知用センサマイクロフォン、　Ｓ・・・スピー
カ、ＥＭ・・・エラーマイクロフォン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）音波が三次元方向へ伝播可能な領域内に於ける騒
   音源からの伝播音波に対して逆位相で且つ同一音圧の音
   波を発生させ、前記伝播領域内の所定位置でその音波干
   渉により清音を行う電子清音システムにおいて、 前記伝播領域内の前記所定位置より騒音源側に配設され
   、該騒音源の騒音情報を検出し電気信号に変換する騒音
   情報検知手段と、 伝播音波を該所定位置において打ち消すための音波を放
   射する電気機械変換手段と、 該電気機械変換手段の配設位置と前記所定位置との間又
   は該所定位置に設けられ、該電気機械変換手段及び前記
   騒音源からの伝播音波を検出し電気信号に変換する機械
   電気変換手段と、 前記騒音情報検知手段の出力信号を取り込み、与えられ
   た伝達関数に基づいて電子消音システムの消音量が最大
   になるように前記電気機械変換手段に与える駆動信号を
   作成する駆動信号作成手段と、 該駆動信号作成手段に付与すべき伝達関数を決定し、該
   伝達関数を特定する為の制御パラメータを駆動信号作成
   手段に設定すると共に、伝播領域の伝播特性の変化及び
   制御系の特性変化に応じて前記制御パラメータを修正す
   る制御手段と、を備えたことを特徴とする電子消音シス
   テム。
2. （２）前記制御手段は、システム起動時に擬似信号を前
   記電気機械変換手段に出力して音波の伝播領域内に音波
   を放射し、機械電気変換手段の出力信号に基づいて該出
   力信号が最小となるように駆動信号作成手段の出力端か
   ら機械電気変換手段に至る音波の伝播領域及び電気信号
   の伝送路を含む伝送系の伝送特性を示す時間遅延を伴う
   伝達関数を特定し、該特定された時間遅延を伴う伝達関
   数を考慮して所定の適応アルゴリズムに基づいて前記駆
   動信号作成手段に付与すべき伝達関数を決定することを
   特徴とする請求項１記載の電子消音システム。