JPH04283799A - 騒音制御システム - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、騒音に対しこれを打ち
消すような音を二次音として発生させることによって、
ある地点における騒音を減衰させる騒音制御システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、文献「アクティブ・ノイ
ズ・コントロール・チェアの実現　　電気情報通信学会
　　研究会報告　　ＥＡ９０−２」には、騒音に対しこ
れを打ち消すような音を二次音として発生させて騒音を
制御する騒音制御システムが開示されている。図２はこ
の種の従来の騒音制御システムの構成例を示す図である
。図２の騒音制御システムには、騒音発生源５０の地点
において騒音の原因信号を観測し電気信号ｘ（ｎ）に変
換するマイクロホン等の騒音観測部５１と、騒音観測部
５１で得られた電気信号ｘ（ｎ）に対して適切なデジタ
ルフィルタにより信号処理を施す信号処理部５２と、信
号処理部５２により信号処理された結果の信号ｓ（ｎ）
に応じた二次音を発生するスピーカ等の二次音源部５３
と、騒音を除去したい地点に配置され、騒音発生源５０
から伝播した騒音ｙ（ｎ）と二次音源部５３から伝播し
た制御音としての二次音とが合わさって残騒音として入
力し、その音圧を電気信号に変換し出力信号ｅ（ｎ）と
して出力するマイクロホン等の残騒音観測部５４と、残
騒音観測部５４からの出力信号ｅ（ｎ）に基づき信号処
理部５２におけるデジタルフィルタのフィルタ係数を更
新する係数更新部５５とが設けられており、残騒音観測
部５４からの出力信号ｅ（ｎ）に基づき信号処理部５２
のフィルタ係数を更新して出力信号ｅ（ｎ）が零となる
ような適切な信号処理がなされることにより、残騒音観
測部５４が配置された地点の近傍での騒音を除去するよ
うになっている。なお、上記の各信号において、ｎは時
刻を表わしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の騒音制御システムでは、出力信号ｅ（ｎ）が零とな
るような制御を行なうのに、係数更新部５５においては
ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　ｓｑｕａｒｅ）アルゴ
リズム，すなわち最小二乗誤差法による係数更新のアル
ゴリズムが良く用いられている。すなわち、図２のシス
テム構成では、時刻ｎにおける残騒音観測部５４からの
出力信号ｅ（ｎ）は、次式により表わされる。

【０００４】

【数１】

【０００５】ここで、Ｃｊは二次音源部５３と残騒音観
測部５４との間の伝達関数であり、ｓ（ｎ−ｊ）と伝達
関数Ｃｊとのコンボルーションが残騒音観測部５４に入
力する二次音信号となる。また、ｗｉ（ｎ）は信号処理
部５２におけるデジタルフィルタのフィルタ係数であっ
て、ＬＭＳアルゴリズムでは、ｗｉ（ｎ）を各サンプル
ごとに更新する適応信号処理がなされる。

【０００６】すなわち、係数更新部５５におけるＬＭＳ
アルゴリズムでは、出力信号ｅ（ｎ）の二乗誤差σ（ｎ
），すなわち｛ｅ（ｎ）｝２が時刻ｎとともに小さくな
るように、フィルタ係数ｗｉを各サンプルごとに更新す
るようになっている。より具体的には、数１において、
ｅ（ｎ）を二乗すると、ｗｉに関する二次式となるので
、ＬＭＳアルゴリズムでは、二乗誤差σ（ｎ）をｗｉに
関する二次式として見たときに、次式の二次曲面Ｚを下
っていくように、フィルタ係数ｗｉをサンプルごとに更
新するようにしている。

【０００７】

【数２】

【０００８】いまの場合、時刻（ｎ＋１）におけるフィ
ルタの係数ｗｉ（ｎ＋１）は、収束係数をαとして次式
で与えられる。

【０００９】

【数３】

【００１０】数３からわかるように、ｗｉ（ｎ）を更新
するためには、二次音源部５３と残騒音観測部５４との
間の伝達関数Ｃｊが計算上必要となる。この伝達関数Ｃ
ｊとしては、システム同定手法により事前に測定してお
いたものが一般に用いられ、上述のＬＭＳアルゴリズム
を適用して所定の消音効果を得るためには、一旦測定さ
れて設定された伝達関数Ｃｊをシステム稼動中にも変化
しないようにしておく必要がある。すなわち、従来の騒
音制御システムでは、一旦設定された伝達関数Ｃｊが変
わらないよう、二次音源部５３と残騒音観測部５４の位
置を固定しておく必要があった。しかしながら、騒音を
除去したい地点が例えば所定の作業等をしている人間の
耳付近であり、人間の耳付近にマイクロホン等の残騒音
観測部５４を装着して用いる場合、人間の頭が動くと、
これに伴なって残騒音観測部５４も移動してしまう。こ
のときには、伝達関数Ｃｊが変化してしまいＬＭＳアル
ゴリズムが有効に働かず、この結果、σ（ｎ）が減少す
る方向にｗｉ（ｎ）が更新されるとは限らなくなり、消
音効果が得られなくなる場合があった。

【００１１】このように従来の騒音制御システムでは、
一旦固定された残騒音観測部５４の位置でしか有効に消
音することができず、残騒音観測部５４の位置が移動す
ると、その残騒音観測部５４の位置では、消音効果が得
られなくなる場合があるという問題があった。

【００１２】本発明は、例えば人間の耳付近で消音させ
ようとする場合、頭が動いても人間の耳付近に常に消音
ゾーンを形成することが可能な騒音制御システムを提供
することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、騒音発生源における騒音を観測する騒音観
測手段と、騒音観測手段で得られた信号に対して所定の
フィルタリング処理を施す信号処理手段と、信号処理手
段で信号処理された結果の信号に応じた二次音を発生す
る二次音源手段と、騒音を除去したい地点に配置され、
騒音発生源から伝播した騒音と二次音源部から伝播した
制御音としての二次音とが合わさって残騒音として入力
するときに該残騒音を観測する残騒音観測手段と、残騒
音観測手段によって観測された残騒音に基づき前記信号
処理手段におけるフィルタ係数を更新する探索的係数更
新手段とを有し、前記探索的係数更新手段は、信号処理
手段におけるフィルタ係数を試行的に増減したときの残
騒音を観測し、該観測結果に基づき残騒音が小さくなる
ようなフィルタ係数を決定し、フィルタ係数を探索的に
更新するようになっていることを特徴としている。

【００１４】また、最小二乗誤差法によってフィルタ係
数を更新する係数更新手段をも有し、システムの稼動初
期においては、最小二乗誤差法によりフィルタ係数を更
新し、しかる後、前記探索的係数更新手段に切り換えて
係数更新を行なわせるようになっていることを特徴とし
ている。

【００１５】

【作用】上記のような騒音制御システムでは、騒音を除
去したい地点に残騒音観測手段を配置し、これに騒音発
生源から伝播した騒音と二次音源手段から伝播した二次
音とが合わさった残騒音を入力させる。二次音は、騒音
を打ち消すような制御音として入力し、従って、信号処
理手段では、残騒音が小さくなる方向に、騒音観測手段
で得られた信号に所定のフィルタ処理を施し、これを二
次音源手段に与える。この際に、探索的係数更新手段は
、信号処理手段におけるフィルタ係数を試行的に増減し
たときの残騒音を観測し、この観測結果に基づき残騒音
が小さくなるようなフィルタ係数を探索的に更新する。 この更新処理には、二次音源手段と残騒音観測手段との
間の伝達関数の影響が含まれないので、残騒音観測手段
が移動してもフィルタ係数を常に最適に更新できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明に係る騒音制御システムの一実施
例の構成図である。図１を参照すると、本実施例の騒音
制御システムには、騒音発生源５０の地点において騒音
の原因信号を観測し電気信号ｘ（ｎ）に変換するマイク
ロホン等の騒音観測部１と、騒音観測部１で得られた電
気信号ｘ（ｎ）に対して適切なデジタルフィルタにより
信号処理を施す信号処理部２と、信号処理部２により信
号処理された結果の信号ｓ（ｎ）に応じた二次音を発生
するスピーカ等の二次音源部３と、騒音を除去したい地
点に配置され、騒音発生源５０から伝播した騒音ｙ（ｎ
）と二次音源部３から伝播した制御音としての二次音と
が合わさった残騒音としての音圧を電気信号に変換し出
力信号ｅ（ｎ）として出力するマイクロホン等の残騒音
観測部４と、残騒音観測部４からの出力信号ｅ（ｎ）に
基づき信号処理部２におけるデジタルフィルタのフィル
タ係数を探索的に更新する探索的係数更新部５とが設け
られている。

【００１７】なお、騒音観測部１としては、機械等から
発生している音波を検知しこれを電気信号に変換するセ
ンサが用いられたり、あるいは騒音発生源５０からの騒
音がモータの回転に伴なうものである場合には、騒音観
測部１としては、例えば、モータの回転数をそのまま電
気的な周波数とする電気信号ｘ（ｎ）に変換するものが
用いられたり、あるいは、機械の振動によって騒音が発
生している場合には、騒音観測部１としては、振動を電
気信号ｘ（ｎ）に変換する振動ピックアップ等が用いら
れる。

【００１８】また、信号処理部２は、残騒音観測部４に
入力する音圧が小さくなるように騒音観測部１で観測さ
れた信号ｘ（ｎ）をフィルタリング処理するようになっ
ており、探索的係数更新部５は、信号処理部２のフィル
タ係数を１タップごとに少し増減させたときの残騒音を
観測し、残騒音観測部４に入力する音圧が小さくなるよ
うにフィルタ係数を探索的に更新するようになっている
。

【００１９】このような構成の騒音制御システムでは、
信号処理部２のデジタルフィルタのフィルタ係数ｗを探
索的係数更新部５により以下のような更新則を用いて更
新する。いま、フィルタ係数ｗの長さをＬとし、フィル
タ係数ｗは次式のように表わされているとする。

【００２０】

【数４】

【００２１】この場合に、探索的係数更新部５では、δ
を適当な正の数とし、先づ、最初の１タップｗｉを（ｗ
ｉ＋δ），（ｗ１−δ）に変換したときのフィルタ係数
ｗ＋，ｗ−を次式のように設定する。

【００２２】

【数５】

【００２３】探索的係数更新部５では、最初のＭ個のサ
ンプルについてはフィルタ係数をｗに固定し、その間の
出力信号ｅ（ｎ）の平均をＥ０として求め、次のＭ個の
サンプルについてはフィルタ係数をｗ＋に固定し、その
間の出力信号ｅ（ｎ）の平均をＥ＋として求め、さらに
次のＭ個のサンプルについてはフィルタ係数をｗ−に固
定し、その間の出力信号ｅ（ｎ）の平均をＥ−として求
める。

【００２４】各平均Ｅ０，Ｅ＋，Ｅ−をそれぞれ求めた
後、探索的係数更新部５では、次のステップにおけるフ
ィルタ係数の値を平均Ｅ０，Ｅ＋，Ｅ−のうちで最小の
値を取るものとして決める。例えば、Ｅ＋が最も小さい
ときには、次のステップにおけるフィルタ係数をｗ＋と
して決める。

【００２５】このようにして、ｗ１に関してフィルタ係
数を変更したときに各平均のうちで最小の値を与えるも
のにフィルタ係数ｗを更新し、次いでこのように更新さ
れたフィルタ係数ｗを用いて、次のタップｗ２に関して
も全く同様の仕方でフィルタ係数ｗの更新を行なう。こ
のような更新処理を最後のタップｗＬに関してまで順次
に行ない、３Ｍ×Ｌサンプル分の時間が経過し、各タッ
プｗ１乃至タップｗＬの全てについて更新が行なわれる
と、再び最初タップｗ１に戻って上記の仕方で、フィル
タ係数ｗを繰り返し更新する。この更新処理を繰り返し
行なうことにより、出力信号ｅ（ｎ）は徐々に減少し、
フィルタ係数ｗは、最終的には、数２の二次曲面Ｚの最
小値に近い値を取るようになる。

【００２６】以上の説明からわかるように、本実施例で
は、フィルタ係数ｗの更新に出力信号ｅ（ｎ）の値しか
必要としない。すなわち、ＬＭＳアルゴリズムを適用す
る場合のように、二次音源部３と残騒音観測部４との間
の伝達関数の事前同定が必要でなく、また、システム稼
動中に伝達関数が変化しても常に出力信号ｅ（ｎ）が減
少する方向にフィルタ係数ｗが更新される。これにより
、人間の耳付近で消音させるため人間の耳付近に残騒音
観測部４を装着したときに、人間の頭が作業に応じて移
動し、これに伴なって残騒音観測部４が移動したとして
も、その移動に追従して出力信号ｅ（ｎ）が減少する方
向にフィルタ係数ｗが更新されるので、常に耳の付近に
消音ゾーンを形成することが可能となる。

【００２７】一方、本実施例における上述した探索的な
係数更新のアルゴリズムを前述した従来のＬＭＳアルゴ
リズム，すなわち最小二乗誤差法による係数更新のアル
ゴリズムと組み合わせて用いることも可能である。すな
わち、システムの稼動初期においては、ＬＭＳアルゴリ
ズムによってフィルタ係数を更新し、数３におけるδｗ
ｉ（ｎ）が任意のｉについて、ある閾値ＴＨ以下となっ
たときに、係数更新則を上述した探索的な係数更新のア
ルゴリズムに切換えるようにすることもできる。

【００２８】このような構成によることにより、システ
ム稼動初期において残騒音観測部４，人間の頭にそれ程
動きがない場合には最適なフィルタ係数ｗに迅速に到達
することができ、その後、残騒音観測部４，人間の頭の
動きに応じて、フィルタ係数が探索的に更新されるので
、より安定した係数更新を行なうことが可能となる。

【００２９】なお、上述の実施例では、説明を簡単にす
るために、騒音発生源を１箇所とし、二次音源部３，残
騒音観測部４をそれぞれ１個づつとしたが、騒音発生源
，二次音源部，または残騒音観測部を複数設ける場合に
も、本発明を同様にして適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
信号処理手段におけるフィルタ係数を試行的に増減した
ときの残騒音を観測し、該観測結果に基づき残騒音が小
さくなるようなフィルタ係数を決定することによりフィ
ルタ係数を探索的に更新するようにしているので、係数
更新処理に二次音源手段と残騒音観測手段との間の伝達
関数の影響は直接的には含まれず、従って、残騒音観測
手段が例えば人間の耳付近に取付けられ、人間の頭の動
きに伴なって残騒音観測手段が移動し伝達関数が変化し
ても、残騒音観測手段，すなわち人間の耳付近に常に消
音ゾーンを形成することができる。

【００３１】また、システムの稼動初期においては、最
小二乗誤差法によりフィルタ係数を更新し、しかる後、
探索係数更新手段に切り換えて係数更新を行なわせるよ
うにすれば、システム稼動初期に人間の頭にそれ程動き
がないとき、より安定した係数更新を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る騒音制御システムの一実施例の構
成図である。

【図２】従来の騒音制御システムの構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　騒音観測部 ２　　　　信号処理部 ３　　　　二次音源部 ４　　　　残騒音観測部 ５　　　　探索的係数更新部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　騒音発生源における騒音を観測する騒
   音観測手段と、騒音観測手段で得られた信号に対して所
   定のフィルタリング処理を施す信号処理手段と、信号処
   理手段で信号処理された結果の信号に応じた二次音を発
   生する二次音源手段と、騒音を除去したい地点に配置さ
   れ、騒音発生源から伝播した騒音と二次音源部から伝播
   した制御音としての二次音とが合わさって残騒音として
   入力するときに該残騒音を観測する残騒音観測手段と、
   残騒音観測手段によって観測された残騒音に基づき前記
   信号処理手段におけるフィルタ係数を更新する探索的係
   数更新手段とを有し、前記探索的係数更新手段は、信号
   処理手段におけるフィルタ係数を試行的に増減したとき
   の残騒音を観測し、該観測結果に基づき残騒音が小さく
   なるようなフィルタ係数を決定し、フィルタ係数を探索
   的に更新するようになっていることを特徴とする騒音制
   御システム。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の騒音制御システムにお
   いて、最小二乗誤差法によってフィルタ係数を更新する
   係数更新手段をも有し、システムの稼動初期においては
   、最小二乗誤差法によりフィルタ係数を更新し、しかる
   後、前記探索的係数更新手段に切り換えて係数更新を行
   なわせるようになっていることを特徴とする騒音制御シ
   ステム。