JPH04226498A - アクティブ音響減衰方法及び装置 - Google Patents

アクティブ音響減衰方法及び装置

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JPH04226498A
JPH04226498A JP3100213A JP10021391A JPH04226498A JP H04226498 A JPH04226498 A JP H04226498A JP 3100213 A JP3100213 A JP 3100213A JP 10021391 A JP10021391 A JP 10021391A JP H04226498 A JPH04226498 A JP H04226498A
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input
model
error
transducer
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Larry J Eriksson
ラリー ジェイ エリクソン
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Nelson Industries Inc
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアクティブ音響減衰装置
に係り、全体のシステムモデリングを提供する。
【0002】
【従来の技術】本発明は特に参考としてここに挙げる米
国特許第4,677,676号に示され、説明された要
旨に関して引続いてなされた開発努力中に生じた。本発
明はまた参考としてここで挙げる米国特許第4,677
,677号,第4,736,431号,第4,815,
139号及び第4,837,834号に示され、説明さ
れた要旨に関する引続いての開発努力中に生じた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アクティブ減衰器は入
力音響波を破壊的に干渉し、打消すよう相殺音響波を注
入することを含む。アクティブ音響減衰装置では、出力
音響波はエラー信号を制御モデルに供給するマイクロホ
ンのようなエラー変換器で感知され、制御モデルはエラ
ーマイクロホンでの出力音響波を又は音がゼロ又はその
他の所望値であるように入力音響波を破壊的に干渉し、
打消す音響波を注入するラウドスピーカーのような相殺
変換器に補正信号を供給する。音響システムは、マイク
ロホンのような入力変換器からのモデル入力と、エラー
マイクロホンからのエラー入力を有し、補正信号を相殺
スピーカーに出力する適応フィルタモデルでモデル化さ
れる。モデルは入力変換器からの出力変換器への音響路
をモデル化する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の一面では、第2
のモデルは入力変換器からエラー変換器へ全体音響路を
モデル化し、入力変換器からち出力変換器への路の一部
を含み、出力変換器からエラー変換器への路の一部も含
む。第2のモデルはエラー信号を第2のモデルのエラー
入力へ供給するようエラー変換器のディジタルと結合し
たモデル出力を有する。
【0005】他の面では、第3のモデルはスピーカ伝達
関数とエラー路をモデル化する。第3のモデルは第2の
エラー信号を供給するよう第2のモデルのモデル出力と
結合されたモデル出力を有し、該第2のエラー信号は第
2及び第3のモデルの夫々のエラー入力へエラー信号と
して供給される第3のエラー信号を生じるようエラー変
換器からの第1のエラー信号と結合される。
【0006】
【実施例】図1は理解を容易にするのに適するように挙
げた米国特許第4,677,676号からの同様な参照
符号を用いるアクティブ音響減衰装置200を示す。装
置200は、入力音声波又は雑音を受信する入力6と、
出力音響波又は雑音を放射又は出力する出力8を有する
ダクト又はプラント4内又はこれにより画成されたよう
な伝搬路又は環境を含む。入力マイクロホン10のよう
な入力変換器は入力音響波を感知する。相殺スピーカ1
4のような出力変換器は相殺音響波を入力音響波を減衰
し、減衰された出力音響波を生じるよう導く。エラーマ
イクロホン16のようなエラー変換器は出力音響波を感
知し、エラー信号を44に供給する。出力変換器14と
結合した40での適応フィルタモデルMは入力変換器1
0から出力変換器14への音響路を適応的にモデル化す
る。モデルMは入力変換器10からのモデル入力42と
、エラー変換器16からのエラー入力44と、相殺音響
波を導くよう補正信号を出力変換器14に出力するモデ
ル出力46を有する。出力変換器14は図2の伝達関数
Sを有する。出力変換器は4aの音響路Pに沿って入力
変換器10から離間している。エラー変換器16は参考
として挙げた米国特許第4,677,676号と同様5
6でのエラー路Eに沿って出力変換器14から離間して
いる。
【0007】本発明では、組合わせて、202での第2
の適応フィルタモデルQは入力変換器10からエラー変
換器16への音響路をモデル化する。モデルQは入力変
換器10からのモデル入力204と、エラー入力206
と、エラー信号をモデルQのエラー入力206に供給す
るようエラー変換器16からの出力44と組合わされた
モデル出力208を有する。
【0008】210での第3の適応モデルTはSとEを
適応的にモデル化する。モデルTはモデルMの出力46
からのモデル入力212と、エラー入力214と、エラ
ー信号をモデルTのエラー入力214に供給するようエ
ラー変換器16の出力44と組合わされたモデル出力2
16とを有する。
【0009】モデルQ及びTのモデル出力208及び2
16は組合わされ、その結果は、エラー信号を各モデル
Q及びTの夫々に供給するようエラー変換器16の出力
44と結合される。第1の加算器218は第1の出力和
を220に生じるようモデルQ及びTのモデル出力20
8及び216を減算的に加算する。第2の加算器221
は、各モデルQ及びTのエラー信号として提供される第
2の出力和222を生じるようエラー変換器16の出力
44と出力和220を減算的に加算する。
【0010】引用した米国特許第4,677,676号
の如く、モデルMは望ましくは極とゼロの両方を有する
伝達関数を有する適応リカーシィブフィルタである。モ
デルMは12でのLMSフィルタAと、22での別なL
MSフィルタBを有するリカーシィブ最小平均二乗フィ
ルタにより提供される。適応モデルMは、4aでの音響
路Pと出力変換器14からの入力変換器10への20で
の帰還路Fを適応的にモデル化するよう出力変換器14
に結合されたフィルタ及びBを用いる。出力変換器14
からの相殺音響波は図2の加算器で示す如く入力音響波
と加算され、帰還路に沿って左側に戻って流れ、引用し
た米国特許第4,677,676号における如く、入力
変換器10の隣る入力音響波と加算器34で加算される
。出力音響波は、エラー信号44がゼロに近づく時最小
化され、引用した米国特許第4,677,676号にお
ける如くPがASに等しい時、式1になり、P=AS 
                         
      (式1)BがASFに等しい時式2になる
、 B=ASF                    
          (式2)引用した米国特許第4,
677,676号における如く、モデルMの適当な収束
は伝達関数A及びEに対する補償を必要とすることは公
知である。
【0011】フィルタAは入力変換器10からのフィル
タ入力224と、重み更新信号74と、フィルタ出力2
26とを有する。フィルタBはフィルタ入力228と、
重み更新信号78と、フィルタ出力230とを有する。 各フィルタA及びBの出力226及び230は出力和を
46に生じるよう加算器48で加算される。モデルTの
第1及び第2のコピーは232及び234に引用した米
国特許第4,677,676号では図20の144及び
146に得られる。232でのTモデルコピーは入力変
換器10からの入力236と、出力238を有する。出
力238及び44はフィルタAの重み更新信号74とし
て与えられる出力積240を生じるよう乗算器72で乗
算される。234でのTモデルコピーは出力46からの
入力242と、出力244とを有する。乗算器76はフ
ィルタBの重み更新信号78を提供するよう出力積24
6を生じるよう出力244及び44を乗算する。出力2
38及び244はスカラー信号であるが、乗算器72及
び76によるベクトルである重み更新信号74及び78
の構成は、スカラー出力238及び244がエラー信号
による乗算以前にタップは遅延線又は同等物を用いるベ
クトルに変換されることが必要であることが分かる。重
み更新信号のこの計算はウィドロー及びスターンスによ
る、適応信号処理、プレンティスホール、イングルウッ
ドクリフス、エヌジェー、1985年、100,101
頁及び、ラリージョンエリクソン、博士論文、1985
年、ウィスコンシン大学、マディソン、19頁「適応デ
ィジタル信号処理技術を用いるアクティブ音響減衰」に
より説明される如く、従来技術で公知である。
【0012】第1のエラー信号はエラー変換器16によ
り44に提供される。各モデルQ及びTのモデル出力2
08及び216は220に第2のエラー信号を生じるよ
う218で加算される。第1のエラー信号44及び第2
のエラー信号220は222に第3のエラー信号を生じ
るよう221で加算される。第3のエラー信号は各モデ
ルQ及びTの226及び214にエラー入力を夫々供給
する。エラー信号222は、下記の式3に示す如くエラ
ー信号44引くエラー信号220に等しい総エラー信号
である。
【0013】エラー信号222=エラー信号44−エラ
ー信号220  (式3) エラー信号44は、図4に示す如く、入力雑音6と、伝
達関数AS/(1−B+FSA)と加算器18で減算的
に加算され、伝達関数Eにより乗算された伝達関数Pと
の積で表わされる。
【0014】エラー信号44={P−{AS/(1−B
+FSA)}}E{入力雑音6}(式4)エラー信号2
20は式5に示す如く、入力雑音6と、伝達関数AT/
(1−B+FSA)と加算器218で減算的に加算され
た伝達関数Q(1−B)/(1−B+FSA)との積で
表わされる。
【0015】エラー信号220={{Q(1−B)/(
1−B+FSA)}−{AT/(1−B+FSA)}}
{入力雑音6}                  
          (式5) 式4及び5を式3に代入すると、式6を得る。
【0016】エラー信号222={PE−{ASE/(
1−B+FSA)}−{Q(1−B)/(1−B+FS
A)}+{AT/(1−B+FSA)}}{入力雑音6
}(式6) Q及びTにより供給された全体システムモデリングは、
全体エラー信号222が最小化されることを必要とし、
一方A及びBにより供給されたモデリングとエラー信号
44が最小化されることを必要とする。
【0017】フィルタA又はTは、適応フィルタモデル
Tが適応を始めるのを可能にするよう小さい非ゼロ値に
初期化された少なくとも1つのフィルタウェイト、一般
的に第1のウエィトを有する。エラー信号222及びエ
ラー信号44はゼロに近づき、適応フィルタA,B,Q
及びTは全体システムの均衝点に達する時適応を停止す
る。このシステムに対する均衝点は、フィルタA及びフ
ィルタBが式1及び2で与えられた値に夫々等しく、フ
ィルタQが式7の如くPE/(1−PF)に等しいこと
、Q=PE/(1−PF)             
                 (式7) 及び式の如くTがSEに等しいこと T=SE                     
                         
    (式8) を必要とする。それはエラー信号222及びエラー信号
44がゼロに近づくことになる。式8で与えられたTの
値はフィルタA及びBの正確な収束に必要とされる。全
体システムモデルQの加算は引用した米国特許第4,6
77,676号の140のような補助ランダム雑音源な
しにTづつS及びEのモデリングを可能にする。本発明
は帰還がない時に用いられうる。この場合に、フィルタ
Bは必要なら省略してもよい。
【0018】請求項の範囲内で種々の均等、代替及び変
形が可能であることが分かる。本発明は気体例えば空気
中の音響波に限らず、固体、液体充填システム中の弾性
波に用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアクティブ音響減衰装置の概略図
である。
【図2】図1の装置のブロック系統図である。
【符号の説明】
4  ダクト 4a  音響路 6,236,242  入力 8,238,244  出力 10  入力マイクロホン 12  LMSフィルタA 14  相殺スピーカー 16  エラーマイクロホン 18,34,48,218,221  加算器20  
帰還路 22  LMSフィルタB 40  フィルタモデル 42,204,212  モデル入力 44,206,214  エラー入力 46,208  ,216  モデル入力56  エラ
ー路 72,76  乗算器 74,78  重み更新信号 200  アクティブ音響減衰装置 202,210  適応フィルタモデル220,222
  出力和 224,230  フィルタ入力 226,234  モデルTのコピー 240,246  出力積

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  入力変換器で入力音響波を感知し;該
    入力音響波を減衰し減衰された出力音響波を生じるよう
    出力変換器から相殺音響波を導き;エラー変換器で該出
    力音響波を感知してエラー信号を発生し;該入力変換器
    からのモデル入力と、該エラー変換器からのエラー入力
    と、該相殺音響波を導くよう補正信号を該出力変換器に
    出力するモデル出力をとを有する第1の適応フィルタモ
    デルで該入力変換器から該出力変換器への音響路を適応
    的にモデル化し;該入力変換器からのモデル入力と、エ
    ラー入力と、エラー信号を該第2のモデルの該エラー入
    力に供給するよう該エラー変換器の出力と結合されたモ
    デル出力とを有する第2の適応フィルタモデルで該入力
    変換器から該エラー変換器への音響路を適応的にモデル
    化することからなる不所望音響波を減衰するアクティブ
    音響減衰方法。
  2. 【請求項2】  該出力変換器は、伝達関数Sを有し、
    該出力変換器を該入力変換器から音響路Pに沿って離間
    させ、該出力変換器からエラー路Eに沿って該エラー変
    換器を離間させ、該第1のモデルの出力からのモデル入
    力と、エラー入力と、エラー信号を該第3のモデルの該
    エラー入力に供給するよう該エラー変換器の出力と結合
    されたモデル出力とを有する第3の適応フィルタモデル
    でS及びEを適応的にモデル化する請求項1のアクティ
    ブ音響減衰方法。
  3. 【請求項3】  該第2及び第3のモデルのモデル出力
    を結合し、その結果をエラー信号を該第2及び第3のモ
    デルの各々に供給するよう該エラー変換器の出力と結合
    することからなる請求項2のアクティブ音響減衰方法。
  4. 【請求項4】  第1の出力和を生じるよう該第2及び
    第3モデルの出力を加算し、第2の出力和を生じるよう
    該第1出力和と該エラー変換器の出力を加算し、該第2
    の出力和をエラー信号として該第2及び第3モデルの夫
    々のエラー入力に供給することからなる請求項2のアク
    ティブ音響減衰方法。
  5. 【請求項5】  該入力変換器からの入力と出力を有す
    る該第3のモデルのコピーを該第1のモデルに供給し、
    出力積を生じるよう該第3のモデルの該コピーの出力と
    該エラー変換器の出力と乗算し、該出力積を重み更新信
    号として該第1のモデルに供給することからなる請求項
    2のアクティブ音響減衰方法。
  6. 【請求項6】  極及びゼロの両方を有する伝達関数を
    該第1のモデルに備えさせることからなる請求項5のア
    クティブ音響減衰方法。
  7. 【請求項7】  適応リカーシィブフィルタを該第1の
    モデルに備えさせることからなる請求項6のアクティブ
    音響減衰方法。
  8. 【請求項8】  LMSフィルタA及び別なLMSフィ
    ルタBを有するリカーシィブ最小平均二乗フィルタを該
    第1のモデルに備えさせ、該出力変換器から該入力変換
    器へ該音響路P及び帰還路Fを適応的にモデル化し、該
    入力変換器からのフィルタ入力と、該出力積からの重み
    更新信号と、フィルタ出力とをフィルタAに備えさせ、
    フィルタ入力と、重み更新信号と、フィルタ出力をフィ
    ルタBに備えさせ、出力和を生じるようフィルタA及び
    Bの出力を加算し、該出力により提供された入力及び出
    力を有する該第3のモデルの第2のコピーを提供し、第
    2の出力積を生じるよう該第3のモデルの該第2のコピ
    ーの出力と該エラー変換器の出力を乗算し、該第2の出
    力積を重み更新信号としてフィルタBに供給することか
    らなる請求項7のアクティブ音響減衰方法。
  9. 【請求項9】  入力変換器で入力音響波を感知し;該
    入力音響波を減衰し減衰された出力音響波を生じるよう
    出力変換器から相殺音響波を導き;エラー変換器で該出
    力音響波を感知してエラー信号を発生し;該入力変換器
    からのモデル入力と、該第1のエラー信号により提供さ
    れたエラー入力と、該相殺音響波を導くよう補正信号を
    該出力変換器に供給するモデル出力とを有する第1の適
    応フィルタモデルを設け;該入力変換器からのモデル入
    力と、エラー入力と、モデル出力とを有する第2の適応
    フィルタモデルを設け;該第1のモデルの出力からモデ
    ル入力と、エラー入力と、モデル出力とを有する第3の
    適応フィルタモデルを設け、第2のエラー信号を生じる
    よう該第2及び第3のモデルのモデル出力を結合し;第
    3のエラー信号を生じるよう該第1及び第2のエラー信
    号を結合し;該第2のエラー信号をエラー入力として該
    第2及び第3のモデルの夫々に提供することからなる不
    所望音響波をアクティブ的に減衰する方法。
  10. 【請求項10】  該第2のエラー信号を生じるよう該
    第2及び第3のモデルのモデル出力を加算し、該第3の
    エラー信号を生じるよう該第1及び第2のエラー信号を
    加算することからなる請求項9の方法。
  11. 【請求項11】  該第2及び第3のモデルのモデル出
    力が減算され、該第1及び第2のエラー信号が減算され
    る請求項10の方法。
  12. 【請求項12】  入力音響波を感知する入力変換器と
    ;該入力音響波を減衰させ減衰された出力音響波を生じ
    るよう相殺音響波を導く、出力変換器と;該出力音響波
    を感知し、エラー信号を供給するエラー変換器と;該入
    力変換器から該出力変換器への音響路を適応的にモデル
    化し、該入力変換器からのモデル入力と、該エラー変換
    器からのエラー入力と、該相殺音響波を導くよう補正信
    号を該出力変換器に出力するモデル出力とを有する第1
    の適応フィルタモデルと;該入力変換器から該エラー変
    換器への音響路を適応的にモデルし、該入力変換器から
    のモデル入力と、エラー入力とエラー信号を該第2のモ
    デルの該エラー入力に供給するよう該エラー変換器の出
    力と結合されたモデル出力とを有する第2の適応フィル
    タモデルとからなる不所望の音響波を減衰するアクティ
    ブ音響減衰装置。
  13. 【請求項13】  該出力変換器は、伝達関数Sを有し
    、該出力変換器は該入力変換器から音響路Pに沿って離
    間し、該エラー変換器は該出力の変換器からエラー路E
    に沿って離間し、S及びEを適応的にモデル化し、該第
    1のモデルの出力からのモデル入力と、エラー入力と、
    エラー信号を該第3のモデルの該エラー入力に供給する
    よう該エラー変換器の出力と結合されたモデル出力とを
    有する第3の適応フィルタモデルからなる請求項12の
    アクティブ音響減衰装置。
  14. 【請求項14】  該第2及び第3のモデルのモデル出
    力が結合され、その結果がエラー信号を該第2及び第3
    のモデルの夫々に供給するよう該エラー変換器の出力と
    結合される請求項13の装置。
  15. 【請求項15】  該第2及び第3のモデルのモデル出
    力が第1の出力和を生じるよう加算され、該第1の出力
    和と該エラー変換器の出力は第2の出力和を生じるよう
    加算され、該第2及び第のモデルの夫々のエラー入力は
    該第2の出力和により供給される請求項13の装置。
  16. 【請求項16】  該第1のモデルは該入力変換器から
    の入力及び出力を有する該第3のモデルのコピーを含み
    、該第3のモデルへの該コピーの出力と該エラー変換器
    の出力は出力積を生じるよう乗算され、該第1のモデル
    への重み更新信号は該出力積により提供される請求項1
    3の装置。
  17. 【請求項17】  該第1のモデルは極及びゼロの両方
    を有する伝達関数を有する請求項16の装置。
  18. 【請求項18】  該第1のモデルは適応リカーシィブ
    フィルタからなる請求項17の装置。
  19. 【請求項19】  該第1のモデルはLMSフィルタA
    及び別なLMSフィルタBを有するリカーシィブ最小平
    均二乗フィルタからなり、フィルタA及びBは該音響路
    P及び該出力変換器から該入力変換器への帰還路Fを適
    応的にモデル化し、フィルタAは該入力変換器からのフ
    ィルタ入力と、該出力積からの重み更新信号とフィルタ
    出力とを有し、フィルタBはフィルタ入力と、重み更新
    信号とフィルタ出力とを有し、フィルタA及びBの出力
    は出力和を生じるよう加算され、該出力和で供給された
    入力と、出力とを有する該第3のモデルの第2のコピー
    からなり、該第3のモデルの該第2のコピーの出力及び
    該エラー変換器の出力は第2の出力積を生じるよう乗算
    され、フィルタBの重み更新信号が該第2の出力積で供
    給される請求項18の装置。
  20. 【請求項20】  入力音響波を感知する入力変換器と
    、該入力変換波を減衰させ、減衰された出力音響波を生
    じるよう相殺音響波を導く、出力変換器と該出力音響波
    を感知し、エラー信号を供給するエラー変換器と;該入
    力変換器からのモデル入力と、該第1のエラー信号によ
    り供給されたエラー入力と、該相殺音響波を導くよう補
    正信号を該出力変換器へ供給するモデル出力とを有する
    第1の適応フィルタモデルと;該入力変換器からのモデ
    ル入力と、エラー入力と、モデル出力とを有する第2の
    適応フィルタモデルと;該第1のモデルの出力からのモ
    デル入力と、エラー入力と、モデル出力を有する第3の
    適応フィルタモデルとからなり、該第2及び第3のモデ
    ルのモデル出力が第2のエラー信号を生じるよう結合さ
    れ、該第1及び第2のエラー信号が第3のエラー信号を
    生じるよう結合され、該第2及び第3のモデルの夫々の
    エラー入力が第3のエラー信号により提供される不所望
    音響波を減衰するアクティブ音響減衰装置。
  21. 【請求項21】  該第2及び第3のモデルのモデル出
    力が該第2のエラー信号を生じるよう加算され、該第1
    及び第2のエラー信号が該第3のエラー信号を生じるよ
    う加算される請求項20の装置。
  22. 【請求項22】  入力音響波を感知する入力変換器と
    ;伝達関数Sを有し、該入力変換器から音響路Pに沿っ
    て離間し、該入力音響波を減衰し、減衰された出力音響
    波を生じるよう相殺音響波を導く出力変換器と;該出力
    変換器からエラー路Eに沿って離間し、該出力の音響波
    を感知し、エラー信号を供給するエラー変換器と;該音
    響路Pを適応的にモデル化し、該入力変換器からのモデ
    ル入力と、該エラー変換器からのエラー入力と、該相殺
    音響波を導くよう補正信号を該出力変換器に出力するモ
    デル出力とを有する第1の適応フィルタモデルMと;P
    及びEを適応的にモデル化し、該入力変換器からのモデ
    ル入力と、エラー入力とを有する第2の適応フィルタモ
    デルQと;S及びEを適応的にモデル化し、モデルMの
    出力からのモデル入力と、エラー入力と、モデル出力と
    を有する第3の適応フィルタモデルTと;モデルQ及び
    Tのモデル出力を加算し、第2のエラー信号を供給する
    出力和を生じる第1の加算器と;第3のエラー信号を供
    給する第2の出力和を生じるよう該第1のエラー信号と
    該第2のエラー信号を加算する第2の加算器とよりなり
    、モデルQ及びTの夫々のエラー入力が該第3のエラー
    信号を供給する該第2の出力和により提供される不所望
    音響波を減衰するアクティブ音響減衰装置。
  23. 【請求項23】  モデルMはLMSフィルタA及び別
    なLMSフィルタBを有するリカーシィブ最小平均二乗
    フィルタからなり;フィルタAは該入力変換器からの入
    力、重み更新信号入力,及び出力を有し;フィルタBは
    入力、重み更新信号入力,及び出力を有し;該入力変換
    器からの入力と、出力とを有するモデルTの第1のコピ
    ーと;第1の出力積を生じるようモデルTの該第1のコ
    ピーの出力と該第1のエラー信号を乗算システム、フィ
    ルタAの更新信号が該第1の出力積により供給される第
    1の乗算器と;入力と、出力とを有するモデルTの第2
    のコピーと;第2の出力積を生じるようモデルTの該第
    2のコピーの出力と該第1のエラー信号を乗算し、フィ
    ルタBの重み更新信号が該第2の出力積により提供され
    る第2の乗算器と;第3の出力和を生じるようフィルタ
    A及びBの出力を加算し、フィルタBへの入力及びモデ
    ルTの該第2のコピーへの出力が該第3の出力和により
    夫々提供される第3の加算器とからなる請求項22の装
    置。
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