JPH05333870A - アクティブ消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】消音動作を適応時に実行するのに必要な適応フ
ィルタ１０を複数のブロックに分割し、これをサンプリ
ング毎に切り換えて係数の更新計算を実行することを特
徴とするアクティブ消音装置。 【効果】適応フィルタの更新に必要な演算量を大幅に軽
減できるので、サンプリングの高速化及び演算量の余裕
により多機能化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、騒音源からの伝搬音波
に対して逆位相で、かつ、同一音波を新たに発生させ、
消音する消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機器などから発生する騒音を減少するに
は、様々な手法がある。これらの方法の中で、管路内を
伝搬する騒音に対して実用化されている能動型消音器、
即ち、騒音源から伝搬してきた騒音に対して同一音圧で
逆位相の付加音を放射して音波の干渉を利用して消音効
果を得るアクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）とい
う技術を利用した消音装置が着目されつつある。

【０００３】この消音装置は、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
究成果が次々に発表されている。しかし、解決すべき多
くの問題が山積みされている。

【０００４】特に、騒音源の性質が時間的に変化する場
合には音源の性質が変化するよりも速く制御を行うこと
が必要である。このために、高速に制御を行うアルゴリ
ズムなどの開発が急務であるが、アルゴリズムは同一で
もより速く制御を行い、且つ、高速にデータのサンプリ
ングを行う手法の開発が待たれている。

【０００５】ＡＮＣではFiltered-x LMS(最小二乗平均
法)と呼ばれる適応制御のアルゴリズムが用いられるこ
とが多い。このアルゴリズムは適応制御のアルゴリズム
の中では適応速度が遅いと言われているが、演算量が少
ない，必要なメモリが少ない，適応が安定して行われる
等の利点を持っている。

【０００６】特開昭64−58200 号公報に記載のもので
は、制御用，パラメータ修正用の二つの係数格納用の記
憶装置と、二つの入力信号用の記憶装置とを持たせるこ
とによって、適応動作を高速に処理する方式をとってい
る。しかし、これらでは記憶容量が大きくなるなどの欠
点があり、係数更新時に要する時間はそれほどは低減さ
れない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＡＮＣで用いられるFi
ltered-x LMS(最小二乗平均法)などの適応制御のアルゴ
リズムを用いたときに、制御に必要な処理数を低減する
ことによって、特に新しいハードを必要とすることなく
データのサンプリングを高くすることを可能とし、これ
によって、広い周波数範囲で消音効果を得ることを可能
にすることができる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、騒音源からの伝搬音波に対して、逆位
相で、且つ、同一音圧の音波を発生させ所定位置でその
二つの音波の干渉により、消音を行うアクティブ消音装
置において、前記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出手段と、前記所定位置周辺に設
けられた伝搬音波を前記所定位置において打ち消すため
の音波を放射する電気音響変換手段と、前記所定位置に
設けられた音響電気変換手段と、前記騒音情報検出手段
の出力信号を取り込み、音響電気変換手段の出力が最小
となるように前記電気音響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、騒音源からの伝搬音波に
対して、逆位相で同一音圧の音波を発生させ所定位置で
その二つの音波の干渉により、消音を行うアクティブ消
音装置において、前記騒音情報検出手段出力に畳み込み
積分を行い、電気音響変換手段に与える駆動信号を生成
するための適応フィルタを内部に持つ、適応フィルタの
係数を複数のブロックに分けて適応フィルタの係数更新
をデータのサンプリング毎に交互に行うことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明に係る消音装置では、騒音源からの音波
と電気音響変換手段からの音波とを干渉させて、音響電
気変換手段（エラーマイク），出力（エラー信号）が最
小となるように、騒音情報検出手段の出力信号から、駆
動信号作成手段により、電気音響変換手段への入力信号
を作成する。ここで、以下の説明のためにエラー信号を
ｅ，騒音情報検出手段の出力信号をｘ，伝達関数特定手
段で得られた音響電気変換手段からエラーマイク迄の伝
達関数をＣ，駆動信号作成手段で騒音情報検出手段の出
力信号ｘに掛けられる重み関数をＷ，電気音響変換器の
入力をＹとすると、ＹはＷとＸの畳み込み積分により演
算される。このＹを電気音響変換器を通して出力し、エ
ラー信号ｅを小さくする訳であるが、Ｗの値を適応的に
制御する必要があり、Filtered-x LMSアルゴリズムで
は、 Ｗ_new＝Ｗ_old−２μ(ＣＸ)ｅ という演算式で重み関数Ｗの更新が実行される。重み関
数Ｗは、制御の実行される環境及び対象とする騒音の性
質によってその長さが決定される。このうち、ＣＸの演
算部分は別に行ってＲという値にしておくと、係数更新
の総演算量は、重み関数の長さをｎとして、乗算（ｎ＋
１），加算ｎとなり、さらに電気音響変換器の数や音響
電気変換器の数が多い場合には、その演算量はかなりの
量に達する。そこで、重み関数Ｗの更新を複数のブロッ
クに分割し、それぞれをサンプリング毎に交互に更新さ
せることにより、総演算量を分割数分の一に低減でき
る。これによって、総演算量を低減させ、サンプリング
周波数を高くすることができ、また、多くの音響電気変
換器を用いることができるなどの利点が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。ダクト１３の内部には吸音材１４が内貼されてお
り、その内壁にマイクロホン１，４、スピーカ７が配置
されている。マイクロホン１は騒音源からの騒音を検知
する騒音情報検出手段であり、その出力はアンプ２を介
して増幅され、Ａ／Ｄ変換器３によって、ディジタル量
に変換される。マイクロホン４は騒音を消去したい場所
に設けられた音響電気変換手段であり、ここでは、エラ
ーマイクと呼ぶことにする。エラーマイク４の出力は、
アンプ５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器６によってデ
ィジタル量に変換される。スピーカ７は新たに加える音
を放射するもので、ここから放射された音波はエラーマ
イク４の位置で、騒音源からの音波と逆位相で、且つ、
同振幅となるように制御されている。マイコン（マイク
ロコンピュータ）１３はその内部に適応フィルタ１０と
ＦＩＲ（有限長インパルス応答）フィルタとＬＭＳアル
ゴリズムを実行する部分を持ち、さらに、Ａ／Ｄ変換器
とかＤ／Ａ変換器などの制御を行っている。駆動信号作
成手段はマイクロホン１の出力系統のディジタル量ｘか
らスピーカに与える信号ｙを求める働きを持っている。
信号ｙは入力ｘに重み係数(適応フィルタ)ｗを畳み込み
積分することによって得られ、Ｄ／Ａ変換器９，アンプ
８を介してスピーカに与えられる。この適応フィルタｗ
は環境などが時間的に一定であれば実験的に求めて固定
して扱うことも可能であるが、一般には温度などが時間
的に変化するために重み係数ｗは時間的に可変にしてお
く必要がある。この適応フィルタｗの更新には、適応制
御の一種であるＬＭＳアルゴリズム(最小二乗平均法)を
用いる。ここではスピーカ７からマイクロホン４間での
伝達関数（ＦＩＲフィルタ）ｃを制御する時間の前に伝
達関数特定手段により求めておいて、適応フィルタｗの
更新時に利用するＬＭＳアルゴリズムの前にｘと畳み込
み積分して、スピーカ７からエラーマイク４までの空間
伝達関数を考慮した後に、ＬＭＳアルゴリズム１２を実
行することにより、適応フィルタ係数を更新している。

【００１１】本実施例では、適応フィルタ係数を四つの
領域に分割し、Ａ／Ｄ変換器３，６のデータ採取毎に切
り換えて、適応フィルタ１０の更新を行っている。その
更新の方法は、作用の所で述べたＬＭＳアルゴリズムを
用いている。

【００１２】マイコン１３には、この発明では、積和演
算を高速に行うディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳ
Ｐ）を用いている。マイコン１３の各サンプリング毎に
必要な演算は、主に適応フィルタｗと基準信号ｘとの畳
み込み積分，空間フィルタｃと基準信号ｘとの畳み込み
積分とＬＭＳアルゴリズムの実行及び基準信号ｘ及び仮
想基準信号Ｒのデータの移動などである。これらの演算
は、各フィルタの長さ（タップ数）によっておおむねそ
の量が決定される。適応フィルタｗと空間フィルタｃの
タップ数が同じであるとすると、適応フィルタ更新部分
の演算量の割合は約１／３となる。これを４分割するこ
とにより、全体の演算量は２０％低減することができ
る。

【００１３】図２に、図１の実施例に示したブロック図
における処理をＰＡＤ図で示している。スイッチｓｗの
値によって、四つのブロックの重み係数（適応フィル
タ）の更新を行っている。

【００１４】本発明では上述した構成をとっているの
で、以下に示す効果が得られる。

【００１５】データのサンプリング間隔内で必要な演算
量が低減できるので、同一のマイコンを用いるのであれ
ば、演算量に余裕を持たせることができる。

【００１６】例えば、同一のサンプリング周波数であれ
ば処理の発散防止などの機能を付加するなど、機能向上
を図ることが可能となる。

【００１７】また、サンプリング周波数を向上させる場
合には、サンプリング周波数を２０％向上させることが
でき、これによってより高い周波数帯域の消音を可能に
することができる。

【００１８】本発明の第２の実施例を、図３を参照して
説明する。

【００１９】閉空間内には騒音源１５が設置されてお
り、それに近接してマイクロホン１が設けられ、アンプ
２，Ａ／Ｄ変換器３を介して基準信号ｘがマイコン１５
に取り込まれる。スピーカ７−１，７−２，７−３は３
ヶ設けられ、エラーマイク４−１，４−２，４−３も３
ヶ設けられている。この３ヶのエラーマイク４−１，４
−２，４−３の出力を小さくするように消音動作させる
ことにより、空間内の人の耳元付近などの、ある領域の
音を消音するものである。適応フィルタは、３ヶのスピ
ーカ７−１，７−２，７−３に対応して３ヶ用意されて
いる。また、FIRフィルタ１１は、スピーカ７−１，７
−２，７−３からエラーマイク４−１，４−２，４−３
迄の音源の空間伝達特性を表わすものであり、９ヶ用意
されており、これらは基準信号ｘと畳み込み積分され
て、９ヶの仮想入力Ｒが生成される。ＬＭＳアルゴリズ
ム１２は、９ヶの仮想入力と３ヶのエラーマイク出力を
用いて実行され、３ヶの適応フィルタの更新が実行され
る。

【００２０】適応フィルタ１０は、四つのブロックに分
割され、さらに３ヶの適応フィルタもそれぞれ別々に各
サンプリング毎に更新されている。

【００２１】本発明では以上のように構成されているの
で、以下の効果がある。

【００２２】適応フィルタ更新部は四つのブロックとさ
らに３ヶの適応フィルタ更新が別々に実行されているの
で、適応フィルタ更新に要する演算量は１２分の１に軽
減されている。これによって、能動消音に要する全体の
演算を大幅に軽減でき、演算量に余裕を持たせることが
できる。

【００２３】また、サンプリング周波数を向上させるこ
とも可能である。さらに、ディジタルシグナルプロセッ
サを多数台用意できれば、それぞれの演算を並列処理さ
せることにより高速な処理が可能になるなど、多入力多
出力系の能動システムに向いていると言える。

【００２４】

【発明の効果】本発明の消音装置によれば、能動消音に
必要な適応フィルタの更新に必要な演算量を大幅に軽減
でき、高い周波数迄、また多入力多出力のシステムの能
動消音装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した消音装置のブロック
図。

【図２】図１で示した消音装置の適応フィルタ更新のア
ルゴリズムを示すＰＡＤのフローチャート。

【図３】本発明の他の実施例を示した消音装置のブロッ
ク図。

【符号の説明】

１，４…マイクロホン、２，５，８…アンプ、３，６…
Ａ／Ｄ変換器、７…スピーカ、９…Ｄ／Ａ変換器、１０
…適応フィルタ、１１…ＦＩＲフィルタ、１２…ＬＭＳ
アルゴリズム、１５…マイコン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】騒音源の騒音情報を検出し、電気信号に変
   換する騒音情報検出手段と、所定位置周辺に設けられた
   伝搬音波を前記所定位置で打ち消すための音波を放射す
   る一つ又は複数の電気音響変換手段と、前記所定位置に
   設けられた一つ又は複数の音響電気変換手段と、前記騒
   音情報検出手段の出力信号を取り込み、前記音響電気変
   換手段の出力が最小となるように前記電気音響変換手段
   に与える駆動信号を作成する駆動信号作成手段と、前記
   騒音源からの伝搬音波に対して、逆位相で同一音圧の音
   波を発生させ所定位置でその二つの音波の干渉により、
   消音を行うアクティブ消音装置において、前記騒音情報
   検出手段の出力に畳み込み積分を行い、前記電気音響変
   換手段に与える駆動信号を生成するための適応フィルタ
   を内部に持つ、前記適応フィルタの係数を複数のブロッ
   クに分けて前記適応フィルタの係数更新をデータのサン
   プリング毎に交互に行うことを特徴とするアクティブ消
   音装置。