JPH0561490A - アクテイブ消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】適応型ＦＩＲフィルタを用いたアクティブ消音
装置において、フィルタ係数の収束時間を短縮すると共
に、収束時での適正値との誤差を小さくして、短時間で
且つ消音効果が高く得られる消音装置を提供する。 【構成】ステップＳ３で騒音ｄ（ｋ）と反転音信号ｙ
（ｋ）との誤差ｅ（ｋ）を算出し、その２乗平均値ｍｓ
ｅ（ｋ）が設定値ｍｓｅmin 以上のとき（ｍｓｅ（ｋ）
≧ｍｓｅmin ）は、ステップＳ６での適応型ＦＩＲフィ
ルタのフィルタ係数Ｗ（ｋ）の演算式でのステップ・サ
イズ・パラメータμとして初期値μmax を用い、ｍｓｅ
（ｋ）＜ｍｓｅmin のときは、ステップＳ８で最小値μ
min に変更する。フィルタ係数Ｗは当初は適正値に向っ
て素早く更新され、該適正値近傍になると、徐々に更新
されて適正値に向う。従って、フィルタ係数の適正値へ
の収束時間を短縮できると共に、収束誤差を小さくでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダクト等の音波の伝播
通路内の非定常的な広帯域の騒音に対して、これとは逆
位相で且つ同振幅の反転音を作用させて消音を行うアク
ティブ消音装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のアクティブ消音方法
として、適応型ＦＩＲ（Ｆinite Ｉnpulse Ｒesponse)
フィルタを使用して、騒音信号に対して逆位相で同振幅
の反転音信号をＦＩＲフィルタにより生成した後、該反
転音信号を付加音源に入力して反転音をダクト等の被消
音空間に放射するとともに、上記被消音空間の所定観測
点にモニタマイクロホンを配置し、該観測点にて騒音と
上記付加音源から放射された反転音との合成音を該マイ
クロホンにより検出し、該合成音を低減音レベルとして
上記適応型ＦＩＲフィルタにフィードバックして、該低
減音レベルを小さくするように上記適応型ＦＩＲフィル
タのフィルタ係数を逐次更新することにより、上記観測
点周辺の音圧レベルを低減するようにしたものが知られ
ている（例えば電子情報通信学会の技術研究報告の１９
８８年ＥＡ−８８−２９参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如き
アクティブ消音装置では、適応型ＦＩＲフィルタのフィ
ルタ係数の更新は、その更新の進度を決定するステップ
・サイズ・パラメータを用いて行われる（例えばアメリ
カ国１９８６年４月、 ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩ
ＯＮＳ．ＳＰＥＥＣＨ．ＡＮＤ ＳＩＧＮＡＬ ＰＲＯ
ＣＥＳＳＩＮＧ．vol assp-34.no2 の「Ａ Ｖariable
Ｓtep （ＶＳ）Ａdaptive Ｆilter Ａlgorithm」発明
者ＲＩＣＨＡＲＤ Ｗ ＨＡＲＲＩＳ等を参照）。

【０００４】しかしながら、上記の如きステップ・サイ
ズ・パラメータは一定値に固定設定されているため、例
えば該ステップ・サイズ・パラメータを大値に設定した
場合には、フィルタ係数の収束は素早く行われ収束時間
は短縮できるものの、該フィルタ係数が収束すべき適正
値近傍で変動し、収束誤差が大になる欠点が生じる。一
方、ステップ・サイズ・パラメータを小値に設定した場
合には、フィルタ係数は収束の適正値近傍に良好に収束
しその収束誤差を小さくできる反面、フィルタ係数の収
束に時間を要し収束時間が長くなる欠点が生じる。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記の如き適応型ＦＩＲフィルタを
用いたアクティブ消音装置において、フィルタ係数の収
束時間を短縮すると共に、同時に収束誤差をも小さくす
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、ステップ・サイズ・パラメータを固定
設定せず、適宜に可変設定することとする。

【０００７】つまり、請求項１記載の発明の具体的な解
決手段は、騒音信号に対して逆位相で同振幅の反転音信
号を生成するＦＩＲフィルタと、該ＦＩＲフィルタによ
り生成した反転音信号を受けて反転音を被消音空間に放
射する付加音源と、上記被消音空間の所定観測点に配置
され該観測点の低減音レベルを検出するモニタマイクロ
ホンと、該モニタマイクロホンにより検出された低減音
信号により上記観測点周辺の音圧レベルを低減するよう
に上記ＦＩＲフィルタのフィルタ係数を所定のステップ
サイズパラメータにより更新する制御手段とを備えたア
クティブ消音装置を前提として、上記モニタマイクロホ
ンにより検出された低減音信号に基いて上記制御手段の
ステップサイズパラメータの値を変更する変更手段を設
ける構成としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明の変更手段を特定して、モニタマイクロ
ホンにより検出された低減音信号の２乗平均値が設定値
未満になったとき、制御手段のステップサイズパラメー
タを小さく変更するもので構成している。

【０００９】

【作用】以上の構成により、請求項１及び請求項２記載
のアクティブ消音装置では、適応型ＦＩＲフィルタのフ
ィルタ係数は、モニタマイクロホンにより検出した低減
音レベルに基いて逐次更新され、やがて収束して、観測
点での音圧レベルが小さくなって、ダクト等の音波の伝
播通路内の騒音が有効に軽減される。

【００１０】その場合、ステップ・サイズ・パラメータ
の値が観測点の低減音レベルに基いて変更手段により変
更され、特に請求項２記載の発明では低減音レベルが設
定値以上の状況、つまりフィルタ係数が収束すべき適正
値に対して大きく隔てた値の場合には、予め設定した大
値のステップ・サイズ・パラメータによって更新の進度
が早められ、その収束適正値に向って素早く収束する。

【００１１】そして、観測点での低減音レベルが設定値
未満になった場合には、フィルタ係数は収束適正値の近
傍の値にあって、ステップ・サイズ・パラメータが変更
手段により上記の大値から小値に変更される。このこと
により、フィルタ係数は徐々に収束適正値に向って収束
するので、該収束適正値に精度良く収束し、その収束誤
差が小さくなる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクティ
ブ消音装置によれば、適応型ＦＩＲフィルタのフィルタ
係数のステップ・サイズ・パラメータを、モニタマイク
ロホンで検出した低減音レベルに基いて変更し、フィル
タ係数が収束適正値から隔てた値の場合には大値に設定
し、フィルタ係数が収束適正値の近傍の値にある場合に
は小値に変更したので、フィルタ係数の適正値への収束
時間を短縮できると共に、収束誤差を小さくできて、短
時間で高い消音効果が得られる効果を奏する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

【００１４】図１はアクティブ消音装置の全体構成を示
し、（１）は音波の伝播通路としてのダクトである。
（２）は該ダクト（１）における騒音の矢印で示す伝播
方向に所定間隔隔てて配置されて該ダクト（１）内の騒
音を検出する第１のマイクロホン（２ａ）及び第２のマ
イクロホン（２ｂ）よりなる検出マイクロホン、（３）
は該検出マイクロホン（２）の騒音伝播方向の下流側に
配置されて騒音とは逆位相で且つ同振幅の反転音をダク
ト（１）の被消音空間に放射するための付加音源として
のスピーカである。

【００１５】上記検出マイクロホン（２）において、騒
音伝播方向の下流側に配置された第２のマイクロホン
（２ｂ）には、上記スピーカ（３）から放射された反転
音が該第２のマイクロホン（２ｂ）までに伝播するのに
要する伝播時間τ１だけ第２のマイクロホン（２ａ）の
検出信号を遅延させる遅延回路（４）が配置され、その
後段には差動アンプ（５）が配置され、その＋端子に上
記第１のマイクロホン（２ａ）の検出信号が入力され、
−端子に第２のマイクロホン（２ｂ）の検出信号を遅延
回路（４）で遅延した信号が入力されている。以上の構
成により、ダクト（１）内を図中矢印で示す方向に進行
する騒音のみを検出するように検出マイクロホン（２）
に指向性を持たせている。

【００１６】また、（８）は上記差動アンプ（５）の出
力信号を受ける適応型ＦＩＲフィルタであって、該適応
型ＦＩＲフィルタ（８）は、消音フィルタ（ＦＩＲフィ
ルタ）（８ａ）及び適応制御用の制御部（８ｂ）を有
し、該消音フィルタ（８ａ）は上記差動アンプ（５）か
ら受けた騒音信号とは基本的に逆位相で同振幅の反転音
信号を生成するものである。また、制御部（８ｂ）は、
最小二乗平均法（ＬＭＳ；Ｌeast Ｍean Ｓquare)アル
ゴリズムによる適応制御を行うものであって、上記差動
アンプ（５）を通して受ける騒音信号を遅延した信号
と、後述するモニタマイクロホン（１０）からフィード
バックされる低減音信号とに基いて、ダクト（１）内の
後述する観測点周辺の音圧レベルを低減するようにＬＭ
Ｓの制御パラメータとしての上記消音フィルタ（８ａ）
のフィルタ係数を更新して、消音フィルタ（８ａ）の反
転音信号を適応制御し補正するものである。

【００１７】そして、上記適応型ＦＩＲフィルタ（８）
の消音フィルタ（８ａ）により生成した反転音信号は、
上記のスピーカ（３）に入力される。

【００１８】また、ダクト（１）内には、スピーカ
（３）の騒音伝播方向下流側の所定観測点に２個のマイ
クロホン（１０ａ），（１０ｂ）より成るモニタマイク
ロホン（１０）が配置されている。該両マイクロホン
（１０ａ），（１０ｂ）は、進行する騒音を上記スピー
カ（３）から放射された反転音の作用により低減した低
減音レベルをその観測点にて検出するものであって、両
者は上記の検出マイクロホン（２）と同様に、騒音の伝
播方向に所定距離隔てて配置されている。下流側に配置
された第２のマイクロホン（１０ｂ）には、上記スピー
カ（３）から放射された反転音が該第２のマイクロホン
（１０ｂ）までに伝播するのに要する伝播時間τ２だけ
該第２のマイクロホン（２ａ）の検出信号を遅延させる
遅延回路（１１）が配置され、更にその後段には、上記
第１のマイクロホン（１０ａ）の検出信号を＋端子に入
力し、−端子に第２のマイクロホン（１０ｂ）の検出信
号を遅延回路（１１）で遅延した信号が入力される差動
アンプ（１２）が配置されていて、モニタマイクロホン
（１０）に指向性を持たせている。そして、上記差動ア
ンプ（１２）からの低減音信号が、上記適応型ＦＩＲフ
ィルタ（８）にフィードバックされていて、その低減音
信号に基いて該適応型ＦＩＲフィルタ（８）のＬＭＳの
制御パラメータとしての消音フィルタ（８ａ）のフィル
タ係数を更新するようにしている。

【００１９】次に、上記制御部（８ｂ）による適応型Ｆ
ＩＲフィルタ（８）のフィルタ係数の更新を図２の更新
フローに基いて説明する。同図において、ステップＳ１
で更新回数ｋをｋ＝０に初期設定すると共に、ステップ
・サイズ・パラメータμを最大値μmax に初期設定（μ
＝μmax ）する。

【００２０】その後、ステップＳ２で適応型ＦＩＲフィ
ルタ（８）の出力ｙ（ｋ）を、フィルタ係数ベクトルＷ
（ｋ）及び適応型ＦＩＲフィルタ（８）の入力ベクトル
Ｘ（ｋ）に基いて下記式に基いて畳み込み演算する。

【００２１】 ｙ（ｋ）＝ΣＷ（ｋ）×Ｘ（ｋ） また、ステップＳ３ではモニタマイクロホン（１０）の
低減音信号、つまり騒音ｄ（ｋ）に対する反転音信号ｙ
（ｋ）の誤差ｅ（ｋ）（＝ｄ（ｋ）−ｙ（ｋ））を算出
する。

【００２２】その後、ステップＳ４で上記誤差ｅ（ｋ）
の２乗平均誤差ｍｓｅ（ｋ）（＝Σ（ｅ（ｋ））² ）を
算出する。

【００２３】続いて、ステップＳ５で上記２乗平均誤差
ｍｓｅ（ｋ）を予め設定した境界値ｍｓｅmin と比較
し、ｍｓｅ（ｋ）≧ｍｓｅmin の場合には、ステップＳ
６で適応型ＦＩＲフィルタ（８）のフィルタ係数ベクト
ルＷ（ｋ）を従来公知の下記の更新式に基いて更新す
る。

【００２４】 Ｗ（ｋ＋１）＝Ｗ（ｋ）＋２・ｅ（ｋ）×μ×Ｘ（ｋ） そして、以後はステップＳ７で更新回数ｋを「１」加算
してステップＳ２に戻って上記の動作を繰返す。

【００２５】一方、上記ステップＳ５でｍｓｅ（ｋ）＜
ｍｓｅmin の場合には、ステップＳ８でステップ・サイ
ズ・パラメータμを最小値μmin に変更（μ＝μmin ）
して、ステップＳ６にてフィルタ係数Ｗ（ｋ）を更新す
ることを繰返す。

【００２６】よって、上記図２の更新フローのステップ
Ｓ６により、モニタマイクロホン（１０）からフィード
バックされた低減音信号（誤差信号ｅ（ｋ））に基いて
ダクト（１）内空間のモニタマイクロホン（１０）の配
置された観測点周辺の音圧レベルを低減するように、消
音フィルタ（８ａ）のフィルタ係数ベクトルＷ（ｋ）を
所定のステップ・サイズ・パラメータμにより更新する
ようにした制御手段（１５）を構成している。

【００２７】また、同更新フローのステップＳ４，Ｓ５
及びＳ８により、モニタマイクロホン（１０）により検
出された低減音信号ｅ（ｋ）に基いて上記制御手段（１
５）によるフィルタ係数の上記更新式におけるステップ
・サイズ・パラメータμの値を変更し、該低減音信号ｅ
（ｋ）の２乗平均値ｍｓｅ（ｋ）が設定値ｍｓｅmin未
満になったとき、該ステップ・サイズ・パラメータμを
最大値μmax から最小値μmin に小さく変更するように
した変更手段（１６）を構成している。

【００２８】したがって、上記実施例においては、ダク
ト（１）内の騒音のみが検出マイクロホン（２）及び差
動アンプ（５）で検出されると、その騒音信号が適応型
ＦＩＲフィルタ（８）に入力され、該適応型ＦＩＲフィ
ルタ（８）の消音フィルタ（８ａ）によって上記騒音信
号とは逆位相で且つ同振幅の反転音信号が生成されるの
で、この反転音信号がスピーカ（３）に入力されて反転
音がダクト（１）内に放射されると、ダクト（１）内の
騒音が、該反転音により良好に低減される。

【００２９】さらに、観測点では、低減された騒音のみ
がモニタマイクロホン（１０）及び差動アンプ（１２）
により検出され、この低減された騒音信号，つまり低減
音信号が適応型ＦＩＲフィルタ（８）の制御部（８ｂ）
にフィードバックされて、この低減音信号に基いてＬＭ
Ｓの制御パラメータとしての消音フィルタ（８ａ）のフ
ィルタ係数ベクトルＷが上記更新式に基いて逐次更新さ
れるので、消音フィルタ（８ａ）による反転音信号の生
成がダクト（１）内の騒音に対して経時的に精度良く行
われて、該フィルタ係数ベクトルＷが収束した際にはダ
クト（１）内の観測点周辺の音圧レベルが最も良好に低
減されることになる。

【００３０】ここに、フィルタ係数ベクトルＷのステッ
プ・サイズ・パラメータμは、モニタマイクロホン（１
０）にて検出した誤差信号の２乗平均値ｍｓｅ（ｋ）が
設定値ｍｓｅmin 以上であって、フィルタ係数ベクトル
Ｗが適正値に対して隔てた値にある際には大値の初期値
μmax であるので、図３に示すようにフィルタ係数Ｗの
更新の進度が良くなって該フィルタ係数ベクトルＷは適
正値に向って素早く更新され、その収束時間が短縮され
る。

【００３１】そして、フィルタ係数ベクトルＷの更新に
伴い該ベクトルＷが適正値近傍の値となり、誤差信号の
２乗平均値ｍｓｅ（ｋ）が設定値ｍｓｅmin未満になる
と、この時点（図３にて記号Ａで示す）でステップ・サ
イズ・パラメータμが最小値μmin に小さく変更され
る。このことにより、フィルタ係数ベクトルＷは適正値
に向って精度良く小刻みに更新されるので、その収束誤
差が小さくなる。

【００３２】従って、上記実施例によれば、図４に示す
ようにステップ・サイズ・パラメータμを小さな値に固
定設定する従来例１の場合に比して、該従来例１と同様
に収束誤差を小さくしながら、フィルタ係数を適正値に
短時間で近付けて収束時間を短縮できるという効果が得
られる（図６も参照）。

【００３３】また、本実施例によれば、図５に示すよう
にステップ・サイズ・パラメータμを大きな値に固定設
定する従来例２に比し、該従来例２と同様に収束時間を
短縮しながら、収束誤差を有効に小さくできる（図７も
参照）。

【００３４】尚、上記実施例では、誤差信号の２乗平均
値ｍｓｅ（ｋ）が設定値ｍｓｅmin未満になったときス
テップ・サイズ・パラメータμを最大値μmax から最小
値μmin に小さく変更したが、請求項１記載の発明はこ
れに限定されず、その他、例えば誤差信号の２乗平均値
ｍｓｅ（ｋ）が小さくなるのに応じてステップ・サイズ
・パラメータμを大値から小値に逐次変更するものも含
むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】アクティブ消音装置全体の概略構成を示す図で
ある。

【図２】適応型ＦＩＲフィルタの消音フィルタのフィル
タ係数の更新を示すフローチャート図である。

【図３】本発明におけるフィルタ係数の収束の様子を示
すシュミレーション結果図である。

【図４】ステップ・サイズ・パラメータを小値に固定設
定した従来例でのフィルタ係数の収束の様子を示すシュ
ミレーション結果図である。

【図５】ステップ・サイズ・パラメータを大値に固定設
定した従来例でのフィルタ係数の収束の様子を示すシュ
ミレーション結果図である。

【図６】ステップ・サイズ・パラメータを小値に固定設
定した従来例と本発明とで誤差信号の２乗平均値の減少
する様子を比較した図である。

【図７】ステップ・サイズ・パラメータを大値に固定設
定した従来例と本発明とで誤差信号の２乗平均値の減少
する様子を比較した図である。

【符号の説明】

１ ダクト（被消音空間） ３ スピーカ（付加音源） ８ 適応型ＦＩＲフィルタ ８ａ 消音フィルタ（ＦＩＲフィルタ） ８ｂ 制御部 １０ モニタマイクロホン １５ 制御手段 １６ 変更手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】騒音信号に対して逆位相で同振幅の反転音
   信号を生成するＦＩＲフィルタと、該ＦＩＲフィルタに
   より生成した反転音信号を受けて反転音を被消音空間に
   放射する付加音源と、観測点に配置され該観測点の低減
   音レベルを検出するモニタマイクロホンと、該モニタマ
   イクロホンにより検出された低減音信号により上記観測
   点周辺の音圧レベルを低減するように上記ＦＩＲフィル
   タのフィルタ係数を所定のステップサイズパラメータに
   より更新する制御手段とを備えるとともに、上記モニタ
   マイクロホンにより検出された低減音信号に基いて上記
   制御手段のステップサイズパラメータの値を変更する変
   更手段とを備えたことを特徴とするアクティブ消音装
   置。
2. 【請求項２】変更手段は、モニタマイクロホンにより検
   出された低減音信号の２乗平均値が設定値未満になった
   とき、制御手段のステップサイズパラメータを小さく変
   更するものであることを特徴とする請求項１記載のアク
   ティブ消音装置。