JPH04352197A - 雑音周期制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロフォンにより検
出された騒音と逆相等音圧の信号をスピーカから出力す
ることにより騒音を消去する雑音制御装置に関し、特に
本発明では雑音の周波数が急峻に変化しても追従可能に
することを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】従来内燃機関等から発生する騒音を低減
するためにはマフラ等の受動的な消音装置か使用されて
きたが、サイズ・消音特性等の観点から改善が生まれて
いた。これに対し従来から音源から発生された騒音と逆
位相・等音圧の補償音をスピーカから出力し、騒音を相
殺する能動型の雑音制御装置が提案されている。

【０００３】しかしながら、この能動型の雑音制御装置
自体の周波数特性あるいは安定性等が充分でなく実用化
が遅れていた。近年ディジタル回路を使用した信号処理
技術が発展し取り扱うことのできる周波数範囲も拡大し
た結果、実用的な雑音制御装置が多数提案されている（
例えば特開昭６３−３１１３９６　号公報）　。

【０００４】これはダクトの上流に設置した騒音源用の
マイクロフォンで騒音を検出し信号処理回路により騒音
と逆相・等音圧の信号をダクト下流に設置したスピーカ
から出力し、消音された結果を消音点用のマイクロフォ
ンで検出してフィードバックするフィードフォワード系
とフィードバック系を組み合わせたいわゆる２マイクロ
フォン・１スピーカ型の能動型の雑音制御装置である。

【０００５】これに対し例えば自動車の室内等の騒音源
の不明確なある空間に対して消音効果を得るためには騒
音源にマイクロフォンを設置する必要のないフィードバ
ック系だけを用いた１マイクロフォン・１スピーカ構成
の装置とすることが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらフィード
バック系だけの１マイクロフォン・１スピーカで構成さ
れる能動型の雑音制御装置においては、雑音源の雑音周
期が急峻に変化する場合にはフィードバック系の欠点と
して少なくともスピーカからマイクロフォンまでの音波
伝達特性分以上は遅れるので、消音効果が低減するとい
う問題があった。

【０００７】したがって本発明は上記問題点に鑑みて、
雑音周期の急峻な変化に追従可能な雑音周期制御装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
を示す図である。本発明である雑音周期制御装置は前記
問題点を解決するために、雑音を検出し電気信号に変換
する音波・電気信号変換器２と、雑音を消去するための
補償音波を出力する電気信号・音波変換器３とを有する
雑音制御装置において、伝達特性模擬手段４、差信号演
算手段５、適応型フィルタリング手段６、周期検出部７
及び周期調整部８を有する。

【０００９】差信号演算手段５は、該音波・電気信号変
換器２の出力と適応型フィルタリング手段６の出力との
差信号を演算する。伝達特性模擬手段４は、適応型フィ
ルタリング手段６と差信号演算手段５との間に挿入され
、適応型フィルタリング手段６から前記電気信号・音波
変換器３及び該音波・電気信号変換器２を経て差信号演
算手段５に至る系の伝達特性を模擬する。

【００１０】周期検出部７は、前記雑音発生源１の雑音
周期を検出する。周期調整部８は、前記雑音周期の変化
量に応じて差信号演算手段５の出力信号の周期を変化さ
せる。適応型フィルタリング手段６は、周期調整部８の
出力信号手段と該音波・電気信号変換器２の出力に基づ
いて該電気信号・音波変換器３に補償音波を出力するた
めの補償信号を演算する。尚、前記適応型フィルタリン
グ手段６は前記雑音発生源からの雑音信号を周期調整し
た信号を直接入力とするようにしてもよく、この場合上
記伝達特性模擬手段４及び差信号演算手段５は省略され
る。

【００１１】

【作用】図１における雑音周期制御装置によれば、伝達
特性模擬手段４と音波・電気信号変換器２の出力が差信
号演算手段５によって差信号となり、雑音信号を形成し
、この雑音信号を入力する適応型フィルタリング手段６
によって振幅・位相が調整され、この補償信号により電
気信号・音波変換器３から補償音波が出力されて雑音を
消音する。さらに周期検出部７では雑音周期を検出して
該雑音周期の変動を監視し、周期調整部８では雑音周期
の変動に応じて差信号演算手段５の出力信号、即ち適応
型フィルタリング手段６の入力信号の周期を調整するた
め、電気信号・音波変換器３からの補償音波の周期は消
音点で雑音の周期と一致することになる。したがって雑
音周期が急峻に変化しても追従可能になる。

【００１２】

【実施例】以下・本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図２は本発明の第１実施例に係る雑音周期
制御装置を示す図である。本図の構成を説明する。本図
は自動車のエンジン、モータ等の雑音発生源１と、該雑
音発生源１からの音波が伝搬して、消音点付近で捕捉さ
れ電気信号に変換するマイクロフォン２と、消音点付近
の雑音を消去するための補償音波を出力するスピーカ３
と、適応型フィルタリング手段６からスピーカ３及びマ
イクロフォン２を経て差信号演算手段５へ至る系の伝達
特性を模擬する伝達特性模擬手段４と、マイクロフォン
２の出力と伝達特性模擬手段４の出力との差信号を演算
する差信号演算手段５と、差信号演算手段５の演算結果
に基づいてスピーカ３から補償音波を出力するための補
償信号を演算する適応型フィルタリング手段６と、前記
雑音発生源１の雑音周期を検出する周期検出部７と、前
記雑音周期の変化量に応じて前記適応型フィルタリング
手段６の入力信号の周期を変化させる周期調整部８と、
マイクロフォン２の増幅器１０１　と、増幅器１０２　
の出力をディジタル化して差信号演算手段５へ出力する
Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ　Ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎ
ｖｅｒｔｏｒ）変換器１０２　と、適応型フィルタリン
グ手段６の出力をアナログ化するＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａ
ｌ　Ｔｏ　Ａｎａｌｏｇ　Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）変換器
１０３　と、Ｄ／Ａ変換器１０３　の出力を増幅してス
ピーカ３へ出力する増幅器１０４　とを含む。適応型フ
ィルタリング手段６はバンドパスフィルタ、遅延器及び
増幅器で構成してもよい。

【００１３】ここに伝達特性模擬手段４、差信号演算手
段５、適応型フィルタリング手段６、周期検出部７及び
周期調整部８はＤＳＰ　（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａ
ｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成される。図３は図２の
周期検出部の周期検出方法を説明する図である。本図（
ａ）は雑音発生源１として自動車エンジン又はモータ等
の回転タイミングを検出する方法である。周期検出部７
の入力■には矩形波の信号が入力し、この周期Ｔがもと
められ、その出力■から周期調整部８へ出力される。自
動車の雑音では急峻な雑音変化は自動車エンジンの回転
数等の変化によって生じるためである。

【００１４】本図（ｂ）は本図（ａ）のようなタイミン
グ信号が得られない場合には、自動車エンジン等の近傍
にマイクロフォンを設置して、雑音波形を検出し、その
時間波形ピークから雑音信号の周期Ｔを得ることを示す
。この信号処理ではある一定レベルを雑音信号レベルを
越えたときに矩形波を発生してこの矩形波が周期検出部
７へ入力するようにすれば本図（ａ）と同様にして周期
Ｔが得られる。

【００１５】本図（ｃ）はマイクロフォンに入力した雑
音信号をディジタル化した後に雑音周期Ｔを求めるＢＰ
Ｆ（Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｖピーク検出方法
を示す。この方法は、複数のバンドパスフィルタ１，２
，…，ｎと、各バンドパスフィルタ１，２，…，ｎに接
続される絶対値化部（ＡＢＳ）と、各絶対値化部に接続
される平均化部（ＬＰＦ）　と、各平均化部の最大値を
検出する最大バンド検出部からなり、雑音レベルの最大
周波数帯を検出して、その最大周波数帯の周期を雑音信
号の周期とするものである。

【００１６】本図（ｄ）は適応形フィルタを用いた周期
検出方法であって、差信号演算手段５の差信号を入力す
る遅延器（Ｄｅｌａｙ）と、該遅延器の出力を入力する
適応型フィルタ（ＡＤＦ）と、適応型フィルタの出力と
スルーの入力信号の差信号をとる加算部と、該加算部の
差信号を最小二乗法処理して、適応型フィルタの係数を
決定する最小二乗法処理部（ＬＭＳ）とからなり、適応
型フィルタの固定された係数から雑音信号の周期を求め
る。

【００１７】図４は図２の周期調整部の構成を示す図で
ある。本図の周期調整部８は前記差信号演算手段５の差
信号を入力し、Ｍ個の遅延タイプを有し、遅延ポイント
から適応型フィルタリング手段６へ出力する遅延メモリ
８１と、遅延メモリ８１の遅延ポイントを移動して遅延
量を制御する遅延量制御部８２と、周期検出部７からの
周期データより周期変化量を検出する周期変化量検出部
８３と、周期変化量から遅延ポイントを移動させる遅延
制御量を算出する制御量算出部８４を含む。

【００１８】図５は図４の周期調整部の入出力信号の関
係を示す図である。本図（ａ）は遅延メモリ８１入力信
号の周期がＴ■であることを示し、本図（ｂ）は遅延メ
モリ出力信号の周期がＴ■になることを示す。図６は周
期変化量及びその制御量算出の関係を示す図である。本
図に示すように当初周期が一定である時刻（ｔ０）で周
期が小さくなるように変化したとすると周期変化量検出
部８３では図中■のように周期変化量が検出される。一
方従来の技術ではマイクロフォン２の位置では図中■の
ように伝達特性Ｈｄだけ遅れることになる。ここで説明
の簡単のために、適応型フィルタリング手段６等の信号
処理部の伝達特性等は無視している。制御量算出部８４
では上記伝達特性Ｈｄを考慮して、図中■の曲線に対し
て図中■の曲線のように早めに周期を変化させるための
データを算出する。本図では周期の変化を時間に対して
直線で示しているが、これは曲線でもよく、その場合に
は図中■の曲線は関数を設けて、これをフイッティング
して求めてもよい。このようにして得られた本図■の曲
線において、現時刻（ｔ１）の周期Ｔ■に対して予測さ
れる周期Ｔ■が求められる。

【００１９】図７は遅延量制御部を説明する図である。 本図において遅延モメリ８１が一定のサンプリング周期
で入力信号データを順次取り込み、その入力信号の周期
Ｔｉｎ及び出力信号の周期Ｔｏｕｔ　がタップ数で換算
表示され、周期Ｔｉｎの入力信号から周期Ｔｏｕｔ　の
出力信号を得るために遅延制御部８２は遅延ポイントを
ある速度Ｖで移動する。図中Ａは変化の絶対量でみた場
合についてタップ速度Ｖを説明するもので、入力信号周
期Ｔｉｎ＝３０タップを出力信号周期Ｔｏｕｔ　＝２９
タップにするには、タップを図に示すように入力側の方
向へＶ＝１タップ／２９サンプルの速度で移動させるこ
とを示す。Ｔｏｕｔ　＝２８タップにするにはＶ＝２タ
ップ／２８サンプル、Ｔｏｕｔ　＝２７タップにするに
はＶ＝３タップ／２７サンプル，…，Ｔｏｕｔ　＝１５
タップにするにはＶ＝１５タップ／１５サンプル，Ｔｏ
ｕｔ＝１４にするにはＶ＝１６タップ／１４サンプル…
，一般には入力信号周期Ｔｉｎを出力信号周期Ｔｏｕｔ
　＝Ｔｉｎ−ｎにするにはＶ＝ｎ／（Ｔｉｎ−ｎ）、ｎ
：周期シフト量とすればよい。

【００２０】図中Ｂでは変化の割合でみた場合について
遅延量制御部の移動が説明され、入力信号周期Ｔｉｎ＝
３０タップを出力信号周期Ｔｏｕｔ　＝（９／１０）×
３０タップにするにはタップ速度Ｖ＝１／９タップ／サ
ンプルにし、Ｔｏｕｔ　＝（８／１０）×３０タップに
するにはＶ＝２／８タップ／サンプル，…，Ｔｏｕｔ　
（５／１０）×３０タップにするにはＶ＝５／５タップ
／サンプル、Ｔｏｕｔ　＝（４／１０）×３０タップに
するにはＶ＝６／４タップ／サンプル，…，一般には入
力信号周期Ｔｉｎを出力信号周期Ｔｏｕｔ　＝（ｋ／１
０）×ＴｉｎにするにはＶ＝（１０−ｋ）／Ｋ、ｋ／１
０：周期シフト割合、とすればよい。

【００２１】次に適応型フィルタリング手段６について
簡単に説明する。厳密には電気信号の伝達特性も考慮し
なければならないが本発明と直接関係しないので説明の
簡単化のためこれらを無視する。雑音発生源１の雑音Ｓ
Ｎ　とし、マイクロフォン２までのその伝達特性をＨＮ
ＯＩＳＥ　とし、適応型フィルタリング手段６の補償信
号をＳＣ　とし、適応型フィルタリング手段６からスピ
ーカ３及びマイクロフォン２を経て差信号演算手段５へ
至る系の伝達特性をＨｄとし、伝達特性模擬手段４の伝
達特性Ｈｄ１について、Ｈｄ１＝Ｈｄとすると、マイク
ロフォン２から出力される信号ＳＭ　は、ＳＭ　＝ＳＮ
　・ＨＮＯＩＳＥ　＋Ｓｃ・Ｈｄとなる。従って、差演
算部５における演算結果である差信号ＳＥ　は、ＳＥ　
＝ＳＭ　−Ｓｃ・Ｈｄ１　＝ＳＭ　−Ｓｃ・Ｈｄ＝ＳＮ
　・ＨＮＯＩＳＥ　となり、騒音のみをマイクロフォン
２で検出した時の信号を演算することとなり、この差信
号ＳＥ　を適応型フィルタリング手段６に入力し、ＳＭ
　＝０となるように補償信号Ｓｃを演算する。

【００２２】図８は本発明の第２の実施例に係る雑音周
期制御装置を示す図である。本図の構成が図２の第１実
施例のものと異なるものは、周期検出部７が雑音発生源
１から周期を検出する信号を入力とせずに、周期調整部
８と共通に差信号演算手段５からのフィードバック性の
差信号を入力とすることである。これは周期調整部８の
制御量算出部８４が周期の変化の予測をする機能をもっ
ているので、遅延量制御部８２により周期調整部８の出
力からスピーカ３を介してマイクロフォン２の消音点ま
での伝達特性がＨｄに相当する遅延分だけ先の周期、に
対応した補償音を再生できるからである。

【００２３】図９は本発明の第３実施例に係る雑音周期
制御装置を示す図である。本図の構成が図２の第１実施
例と異なるものは雑音発生源１から直接に雑音信号を採
取するマイクロフォン１０５　と、マイクロフォン１０
５　に接続される増幅器１０６　と、増幅器１０６　に
接続され、周期調整部８の入力となるＡ／Ｄ変換器１０
７　と、Ａ／Ｄ変換器１０７　の出力又は差信号演算手
段５のいずれか一方を択一的に選択して周期検出部７の
入力として接続されるスイッチ部１０８　である。すな
わち、周期調整部８が雑音発生源１からの雑音信号を直
接入力とし、周期検出部７がＡ／Ｄ変換器１０７又は差
信号演算手段５を入力としても前記と同様の作用効果が
得られる。

【００２４】図１０は本発明の第４実施例に係る雑音周
期制御装置を示す図である。本図の構成が図９の第３実
施例と異なるものは周期検出部７が雑音発生源１のタイ
ミング信号を入力とすることである。この構成において
も前記と同様の作用効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、雑
音発生源の雑音周期を検出し、雑音周期の特徴から先を
予測して周期を制御するようにしたので急峻な周波数変
化にも追従可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る雑音周期制御装置を
示す図である。

【図３】図２の周期検出部の周期検出方法を説明する図
である。

【図４】図２の周期調整部の構成を示す図である。

【図５】図４の周期調整部の入出力信号の関係を示す図
である。

【図６】周期変化量及びその制御量算出の関係を示す図
である。

【図７】遅延量制御部の機能を説明する図である。

【図８】本発明の第２実施例に係る雑音周期制御装置を
示す図である。

【図９】本発明の第３実施例に係る雑音周期制御装置を
示す図である。

【図１０】本発明の第４実施例に係る雑音周期制御装置
を示す図である。

【符号の説明】

１…雑音発生源 ２…音波・電気信号変換器 ３…電気信号・音波変換器 ４…伝達特性模擬手段 ５…差信号演算手段 ６…適応型フィルタリング手段 ７…周期検出部 ８…周期調整部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　雑音を検出し電気信号に変換する音波
   ・電気信号変換器（２）と、適応型フィルタリング手段
   （６）で形成された補償信号により雑音を消去するため
   の補償音波を出力する電気信号・音波変換器（３）とを
   有する雑音制御装置において、該音波・電気信号変換器
   （２）の出力と該適応型フィルタリング手段（６）の出
   力との差信号を演算する差信号演算手段（５）と、適応
   型フィルタリング手段（６）と該差信号演算手段（５）
   との間に挿入され、該適応型フィルタリング手段（６）
   から前記電気信号・音波変換器（３）及び該音波・電気
   信号変換器（２）を経て差信号演算手段（５）に至る系
   の伝達特性を模擬する伝達特性模擬手段（４）と、雑音
   発生源（１）の雑音周期を検出する周期検出部（７）と
   、前記雑音周期の変化量に応じて前記差信号演算手段（
   ５）の出力信号の周期を変化させる周期調整部（８）と
   を備え、前記適応型フィルタリング手段（６）は、該周
   期調整部（８）の出力信号と該音波・電気信号変換器（
   ２）の出力に基づいて該電気信号・音波変換器（３）か
   ら補償音波を出力するための補償信号を演算することを
   特徴とする雑音周期制御装置。
2. 【請求項２】　　雑音を検出し電気信号に変換する音波
   ・電気信号変換器（２）と、適応型フィルタリング手段
   （６）で形成された補償信号により雑音を消去するため
   の補償音波を出力する電気信号・音波変換（３）とを有
   する雑音制御装置において、雑音発生源（１）の雑音周
   期を検出する周期検出部（７）と、前記雑音周期の変化
   量に応じて該雑音発生源（１）からの雑音信号の周期を
   変化させる周期調整部（８）とを備え、前記適応型フィ
   ルタリング手段（６）は該周期調整部（８）の出力信号
   と該音波・電気信号変換器（２）の出力に基づいて該電
   気信号・音波変換器（３）から補償音波を出力するため
   の補償信号を演算することを特徴とする雑音周期制御装
   置。