JPH08129387A

JPH08129387A - 騒音能動制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH08129387A
Application number: JP6267562A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Ishimitsu; 俊介石光; Fumio Tamura; 史雄田村; Shinjirou Katou; 慎治郎加藤; Nobuo Tarui; 伸夫垂井; Yasushi Matsumoto; 保志松本; Katsuo Yafuji; 勝男弥藤
Original assignee: Toyota Motor Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】全周波数帯域においても発振しない消音効果
の高い騒音能動制御装置を提供する。【構成】騒音源２から入力した騒音信号は演算手段１
に供給される。演算手段１内部の伝達関数演算部は、空
間内の音波の伝達特性を測定し、疑似的な伝達関数モデ
ルを係数設定する。そして伝達関数モデルの振幅は周波
数領域で平坦化され、時間領域の係数として伝達関数演
算部に設定される。設定された伝達関数モデルの係数値
に基づきＬＭＳアルゴリズム等により適応フィルタの係
数が更新される。そして、演算手段１は、騒音信号のフ
ィルタ処理を行い消去信号を生成する。この消去信号は
スピーカ７により空間内に消去音波として出力される。
これにより、騒音音波を消去音波で消去することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音響空間において存在
する騒音を消去するいわゆるノイズキャンセラに係り、
特に誤差信号を用いて広範囲の周波数成分を含む騒音を
打ち消す騒音能動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人間が活動する空間から騒音を排除する
ために、人間にとって不必要な騒音を消去してしまうの
がノイズキャンセラの働きの一つである。特に、オフィ
スや工場の室内空間、又は自動車等の車室内の騒音を有
効に防止するために、騒音音波と逆位相の騒音キャンセ
ル用の音波をスピーカから放出して、騒音の低減を図る
騒音能動制御装置が実用化されつつある。これら騒音能
動制御装置では、時間的に変化する騒音に基づきこの騒
音を打ち消すため、騒音キャンセル用の音波を時変的な
制御により生成するアダプティブ（能動）制御が必要で
あり、これを実現する装置として適応フィルタ処理が必
要とされる。

【０００３】従来の騒音能動制御装置として、適応フィ
ルタ処理に必要なフィルタ係数を求めるためのアルゴリ
ズムとして、最小自乗平均を求めるＬＭＳ（Least Mean
Square ）アルゴリズムの一形態であるＦｉｌｔｅｒｅ
ｄ−ｘＬＭＳアルゴリズム、さらにこの発展形である
ＭｕｌｔｉｐｌｅＥｒｒｏｒＦｉｌｔｅｒｄ−ｘＬ
ＭＳアルゴリズム（以下「ＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズ
ム」という。）等のアルゴリズムを適用したものが開発
されている。

【０００４】図７に、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳア
ルゴリズムを用いた従来の騒音能動制御装置を示す。本
図では、説明を簡単にするためＤＳＰ２０に係る入出力
関係のアナログ−デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、Ｄ
／Ａ変換器、スピーカ、スピーカ用の電力増幅を行うア
ンプ等を略する。

【０００５】図７において、音響空間Ａは騒音を消去す
べき空間、例えばダクト（管）内の空間に相当する。入
力マイクＭ_inはアダプティブ制御の基礎となる騒音源の
音波をセンサ等により電気信号に変換し、主音源信号Ｘ
（ｎ）とする。ＤＳＰ２０は、この主音源信号Ｘ（ｎ）
を入力し、この主音源信号Ｘ（ｎ）に対して適応フィル
タ処理を行って二次音源信号Ｙ（ｎ）を生成する。二次
音源信号Ｙ（ｎ）はスピーカＳよりキャンセル用の音波
として音響空間Ａに放出される。一方、誤差マイクＭ_e
には、騒音の発生源から音響空間Ａに伝播する騒音成分
ｄ（ｎ）と、騒音能動制御装置のスピーカＳから発生し
たキャンセル用の音波Ｙ（ｎ）と、の混合信号が入力さ
れている。ＤＳＰ２０は、誤差マイクＭ_eにより電気信
号に変換された誤差信号ｅ（ｎ）の最小自乗平均を演算
し、誤差信号ｅ（ｎ）のレベルが最小になるように、主
音源信号Ｘ（ｎ）のフィルタ処理に用いる適応フィルタ
のフィルタ係数を更新する。

【０００６】以上の動作により、誤差マイクの出力が最
小になるようフィルタ係数が更新され、音響空間の騒音
消去が行える。さらにＤＳＰ２０の内部は、モデリング
伝達関数演算部２１、係数更新部２２及び演算部２３の
各部にモデル化される。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳ
アルゴリズムでは、主音源のフィルタ処理に当たり、音
響空間の伝達関数成分をモデル化したモデリング伝達関
数を用い、この伝達関数成分を加えた演算処理によりＬ
ＭＳアルゴリズム単独よりさらに良好な騒音消去を行
う。モデリング伝達関数演算部２１は、このモデリング
伝達関数を設定し演算を行う。係数更新部２２は、公知
のＬＭＳアルゴリズムに従ってフィルタ係数の更新を行
う。演算部２３は、係数更新部２２で更新されたフィル
タ係数に従って主音源信号Ｘ（ｎ）のフィルタ処理を行
う。

【０００７】上記Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳアルゴ
リズムによるフィルタ係数の更新は、式（１）、（２）
の演算式に従う。

【０００８】

【数１】式（１）において、Ｗ_iはｉ番目のタップのフィルタ係
数であり、Ｗ_i（ｎ）はサンプリング（ｎ）（ｎ番目の
サンプリングの意）におけるフィルタ係数を示す。μは
収束係数であり、系の安定性を規定する重要な要素であ
る。式（２）において、Ｃ_jはモデリング伝達関数であ
る。式（１）は、主として係数更新部２２で演算される
フィルタ係数更新のための関係式である。式（２）は、
主としてモデリング伝達関数演算部２１で演算されるフ
ィルタリングの関係式である。

【０００９】さて、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳアル
ゴリズムは、スピーカ、誤差マイクとも一つずつ設置す
ることが前提だったが、より広い空間において良好な騒
音低減特性を得るため、複数のスピーカ、複数の誤差マ
イクを用いることを条件とするのがＭＥＦＸＬＭＳア
ルゴリズムである。

【００１０】図８に、従来のＭＥＦＸＬＭＳアルゴリ
ズムを適用した騒音能動制御装置を示す。図８（ａ）に
示すように、ＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズムによる騒音
能動制御装置は、主音源Ｘから基準信号Ｘ（ｎ）を入力
するＤＳＰ１と、誤差マイクＭ₀〜Ｍ_L-1と、を備え
る。破線の伝達関数マトリクスＣ_mlは、空間の伝達関数
を模式化したものであり、Ｍ個の音源のそれぞれからＬ
個の誤差マイクに行く経路が存在することを示してい
る。ＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズムに従う騒音能動制御
装置は、それぞれの二次音源の系統毎にＦｉｌｔｅｒｅ
ｄ−ｘＬＭＳアルゴリズムによる演算ブロックを設定
し、対応する二次音源の制御を行うことになる。

【００１１】このマイクに入力する騒音をｄ_l（ｎ）、
ｍ番目の二次音源に関するサンプリング（ｎ）でのｉ番
目のフィルタ係数をＷ_mi（ｎ）、適応フィルタのタップ
長をＩ、とすると、ｌ番目の誤差マイクＭ_lに入力する
誤差信号は式（３）で関係づけられる。

【００１２】

【数２】式（３）をもとに、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳアル
ゴリズムの場合と同様の展開を行うと、実際に演算すべ
きＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズムのフィルタ係数更新の
ための関係式は式（４）、（５）となる。

【００１３】

【数３】これより各誤差マイク毎の各二次音源に対する演算を簡
単に表すとＷ_i（ｎ＋１）＝Ｗ_i（ｎ）−２μｅ（ｎ）γ（ｎ−ｉ） …（６）図８（ｂ）に、式（５）の演算を行うモデルのうち二次
音源ｍ＝１の部分をモデル化したものを示す。図８
（ｂ）に示すように、各誤差信号ｅ₀（ｎ）〜ｅ
_L-1（ｎ）が収束係数μを乗算され対応する係数更新部
ＬＭＳ₀〜ＬＭＳ_L-1に入力される。モデリング伝達関
数演算部Ｃ₁₀〜Ｃ_1(L-1)は、基準信号Ｘ（ｎ）に畳み込
み演算を行い対応する係数更新部ＬＭＳ₀〜ＬＭＳ_L-1
に入力する。各係数更新部ＬＭＳ₀〜ＬＭＳ_L-1は式
（６）に従う演算を行う。演算部Ｗ₁は、係数更新結果
に基づいてフィルタ処理を行う。

【００１４】従来、モデリング伝達関数の係数は、実際
に空間の伝達特性を測定し、それをモデリング伝達関数
の係数として設定していた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
騒音能動制御装置では、主音源の周波数成分の変化によ
り、アルゴリズム演算の際の収束速度が変化して系が発
散する場合がある、という問題点があった。

【００１６】従来の騒音能動制御装置の問題点を以下に
説明する。式（１）〜（６）等の係数の更新に利用する
収束係数μには、以下の性質がある。

【００１７】小さな収束係数μの値であると残留誤差
は少ないが、収束速度が遅い。大きな収束係数μの値であると収束速度は早いが、残
留誤差は大きい。大きすぎると発振し収束しない。

【００１８】残留誤差というのは、最終的に系が達した
外乱成分を除く騒音レベルの残留値である。上記は
相反する性質がある。一方、式（１）において、右辺第
２項はフィルタ係数の更新量となるが、これはモデリン
グ伝達関数Ｃ_jの振幅に依存する。よって、収束係数μ
が周波数依存性を有することと等価となる。

【００１９】実際にスピーカや誤差マイクの振動板の分
割振動、空間内で壁面に反射して遅れて到着する音波に
よる影響等による空間の伝達関数、Ａ／Ｄ変換器やＤ／
Ａ変換器の変換特性に基づく伝達関数が影響し、これら
の要素の積となっている。これらの要素の積として得ら
れる伝達関数は、一定の振幅を有していることが殆どな
い。

【００２０】この様子は、例えば、図３の補正前の曲線
（実線）のように示される。この特性は伝達関数の周波
数依存性を示す。図３に示すように、収束係数μを設定
値μ₀とすると、収束係数μに関する上記〜の性質
に基づき、周波数２５０〔Hz〕付近ではμ₀の最大値が
制限を受ける。また、１００〔Hz〕以下、３２０〔Hz〕
以上の周波数では振幅が小さすぎ、本来もっと収束係数
を大きくした方がより早く収束する。よって、収束係数
μの値を一定値に設定せざるを得ない通常のアルゴリズ
ムでは、周波数によって系の動作が大幅に異なってく
る。

【００２１】従来の騒音能動制御装置では、スピーカと
誤差マイク間の純粋な伝達関数を測定により求め数式化
していたため、経路毎に測定される伝達関数の振幅値が
変化し、一定の収束係数μを設定できないのである。

【００２２】そこで、本発明の目的は、全周波数帯域に
おいて発振することなく、可能な限り高い収束速度を維
持しうる騒音能動制御装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記問題点は、則ち、周
波数によって伝達関数の振幅値が変化することに起因す
る。この振幅値の変動は、そのままアルゴリズムの係数
演算に影響するため、周波数の変動に対する安定度が保
てないのである。

【００２４】これを解決するためには、設定するモデリ
ング伝達関数の振幅を単純に平坦化すればよいと考えら
れるが、実際には、モデリング伝達関数が有するべき精
度に関して制約があることが知られている。この制約と
は、実際の系の経路の有する伝達特性と、モデリング伝
達関数によって決まる伝達特性と、の間に生じる位相差
が±９０°以内でなければならない、という位相条件で
ある（出典：DENNIS R.MORGAN 「An Anlysis of Multip
le Correlation Cancellation Loops with a Filter in
the Auxiliary Path 」(IEEE TRANSACTIONS ON ACOUST
ICS,SPEECH,ANDSIGNAL PROCESSING,VOL.ASSP-28,NO/4,A
UGUST 1980)）。よって、従来の騒音能動制御装置で用
いた伝達関数に対し、その位相特性を変化させることな
く振幅の平坦化を行わなければならない。

【００２５】そこで、本発明は、上記問題点と条件を考
慮し、モデリング伝達関数の位相特性を維持しつつ振幅
特性を概ね平均化するために、従来のモデリング伝達関
数に位相変化を生ずることなく振幅を平坦化できる演算
方法を選択する。この演算式は、例えば以下の基本式に
従う。

【００２６】

【数４】式（６）で、Ｘ（ｆ）は周波数領域で記述した伝達関数
である。Ｘ^*（ｆ）はその共役複素関数であり、Ｘ_flat
（ｆ）は振幅特性を平坦化したモデリング伝達関数であ
る。全てベクトル演算を示す。式（６）は一種の単位ベ
クトル演算式となり、どのような振幅を有する伝達関数
に対しても、その振幅値を均一化できる。測定等により
周波数領域の伝達関数式を求め、これを式（６）により
平坦化してＸ_flat（ｆ）を求める。そして、Ｘ
_flat（ｆ）を時間領域に変換（例えば、双一次変換）し
て得た関数式をモデリング伝達関数として係数設定すれ
ば、広帯域の周波数において、一定レベルの消音特性が
得られる騒音能動制御装置を提供可能となる。なお、式
（６）は基本式であるので、実際には使用する系に適合
させるため、適当な係数を積算する等の操作を行っても
よい。

【００２７】具体的には、請求項１の騒音能動制御方法
は、空間内の１又は２以上の伝達経路に係る前記空間の
音響伝達特性を近似させた１又は２以上の伝達関数モデ
ルを用いて、前記空間内に伝播する騒音音波を消去する
ための消去音波を発生する騒音能動制御方法において、
前記伝達関数モデルに係る係数値は、測定に係る全ての
前記伝達関数モデルについて、位相条件を変化させず
に、それぞれの伝達関数に対応する振幅値が一定値にな
るように前記係数値を再設定すること、を特徴とする。

【００２８】請求項２記載の騒音能動制御装置は、空間
内の１又は２以上の伝達経路に係る前記空間の音響伝達
特性を近似させた１又は２以上の伝達関数モデルを用い
て、前記空間内に伝播する騒音音波を消去するための消
去音波を発生する騒音能動制御装置において、前記伝達
関数モデルに係る係数値は、測定に係る全ての前記伝達
関数モデルについて、位相条件を変化させずに、それぞ
れの伝達関数に対応する振幅値が一定値になるように前
記係数値を再設定する振幅平坦化手段を備える。

【００２９】請求項３記載の騒音能動制御装置は、請求
項２の騒音能動制御装置において、係数値の再設定にあ
たっては、伝達関数をＸ（ｆ）、当該伝達関数Ｘ（ｆ）
の共役複素関数をＸ^*（ｆ）とした場合に、係数値を再
設定すべき伝達関数Ｘ_flat（ｆ）が、Ｘ_flat（ｆ）＝Ｋ・Ｘ（ｆ）／√（Ｘ（ｆ）Ｘ
^*（ｆ））（Ｋ≠０）なる関係式に基づいて演算されること、を特徴とする。

【００３０】

【作用】請求項１の発明によれば、空間内の１又は２以
上の伝達経路に係る前記空間の音響伝達特性を近似させ
係数化した１又は２以上の伝達関数モデルを用いる騒音
能動制御方法において、予め測定した空間の伝達特性に
対応して伝達関数モデルを設定する。そして、伝達関数
モデルの有する振幅値を１又は２以上の伝達関数モデル
の全てについて、位相条件を満たすように振幅を平坦化
する。この振幅の平坦化された伝達関数モデルの係数値
を再設定することで、平坦化した伝達関数モデルによる
騒音能動制御方法が達成できる。

【００３１】請求項２の発明によれば、空間内の１又は
２以上の伝達経路に係る前記空間の音響伝達特性を近似
させ係数化した１又は２以上の伝達関数モデルを用いる
騒音能動制御装置において、振幅平坦化手段は、予め空
間内の伝達関数特性を測定して得た伝達関数モデルにつ
いて、その伝達関数モデルそれぞれに対応する振幅値を
一定値にし、前述の位相条件を満たすように演算し係数
値を再設定することで、平坦化した伝達関数モデルによ
る騒音能動制御装置を提供できる。

【００３２】請求項３記載の発明によれば、Ｘ_flat（ｆ）＝Ｋ・Ｘ（ｆ）／√（Ｘ（ｆ）Ｘ
^*（ｆ））（Ｋ≠０）なる関係式は、元となる伝達関数の位相条件を変化させ
ずに、振幅値を平坦化できる。よって、この関係式を用
いた演算処理により伝達関数の振幅値を位相条件を満た
したまま平坦化できる。

【００３３】

【実施例】本発明の騒音能動制御装置に係る好適な実施
例を図面を参照して説明する。本実施例の騒音能動制御
装置は、自動車の車室内の騒音除去に適用されるもので
あり、請求項３記載の関係式を用いてモデリング伝達関
数の振幅を平坦化しＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズムによ
り騒音除去のための二次音波を生成する。（Ｉ）構成の説明図１に本発明の実施例の構成を示す。

【００３４】図１に示すように、本実施例の騒音能動制
御装置は、入力参照信号である主音源が１つ、スピーカ
が４つ、誤差マイクが４つの場合のＭＥＦＸＬＭＳア
ルゴリズムに従った演算処理を行うＤＳＰ１を中心とし
て構成される。主音源入力手段２は、主音源であるエン
ジン騒音信号Ｘを入力する。波形整形回路３は主音源入
力手段２が入力したエンジン騒音信号Ｘをデジタルプロ
セスにおいて処理しやすい信号に波形整形する。Ａ／Ｄ
変換器４は、波形整形回路３の出力したエンジン騒音信
号をＡ／Ｄ変換し、基準信号Ｘ（ｎ）としてＤＳＰ１に
供給する。Ｄ／Ａ変換器５_-0〜５_-3は、ＤＳＰ１により
出力された二次音源信号をアナログ信号に変換する。ア
ンプ６_-0〜６_-3は、Ｄ／Ａ変換された二次音源信号を電
力増幅する。スピーカ７_-0〜７_-3は、アンプ６_-0〜６_-3
により増幅された二次音源信号を音波に変換する。誤差
マイク８-0〜８-3は、空間から音波を入力して誤差信号
ｅ ₀〜ｅ₃に変換する。Ａ／Ｄ変換器９_-0〜９_-3は、誤
差マイク８_-0〜８_-3の出力した誤差信号ｅ₀〜ｅ₃をデ
ジタル信号に変換する。

【００３５】誤差マイク８_-0〜８_-3は、自動車の車室内
部の各所に適当に配置される。経路の伝達関数は破線で
示されている。ｍ番目の二次音源からｌ番目の誤差マイ
クを経由する経路全体の伝達関数をＣ_mlと表すものとす
る。従って、例えば、スピーカ７_-1から出力された音波
が誤差マイク８_-3を経由する場合の伝達関数は、Ｃ₁₃と
表される。

【００３６】ＤＳＰ１の内部は、４つの二次音源に対応
して、Ｐ₀〜Ｐ₃のプロセスにモデル化される。このＤ
ＳＰ１は、図示しないＣＰＵ等の制御により、所定の動
作モードで演算動作、係数設定を行う。ＤＳＰの内部動
作は、ＣＰＵ等により設定される手順により変更可能で
あり、設定された動作モードによっては全く異なるハー
ドウェアの如く動作する。本実施例では、式（４）
（５）に従ってＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズムの演算を行
うよう設定されているため、内部動作をモデル化する
と、図１に示すように、４つの二次音源に対するＭＥＦ
ＸＬＭＳアルゴリズムを構成したものとなる。各ブロ
ックＰ₀〜Ｐ₃は平行して動作するように動作を設定し
てもよいし、１サンプリング期間内に全ての内部ブロッ
クに対応する演算処理を逐一的に行ってもよい。

【００３７】なお、ＤＳＰ１は、図示しないシステムク
ロックにより動作し、システムクロックを分周して、基
準となるサンプリングクロックｆ_s（例えば、１．２
〔kHz〕）が生成される。このサンプリングクロックｆ
_sはＡ／Ｄ変換器９_-0〜９_-3に供給され、このサンプリ
ングクロックｆ_sに同期して入力するデータを変換しＤ
ＳＰ１に供給する。（ＩＩ）動作の説明次に動作を説明する。

【００３８】騒音源（主音源）となるエンジン音は、車
のエンジンから車の匡体や空気振動を経て、車内の空間
に音波として供給される。本実施例では、主音源信号と
して点火（イグニッション）パルスを用いる。主音源入
力手段２は、自動車の電気系統から点火パルス（周波数
ｆ_O、例えば、４気筒エンジンで３６００〔rpm 〕の場
合、ｆ_O＝１２０〔Hz〕等になる。）を入力する。点火
パルスは点火プラグを駆動するためインパルス状の波形
を有している。波形整形回路３はモノマルチバイブレー
タ等で構成されており、この点火パルスをトリガとして
一定の幅のパルス信号波形を出力する。

【００３９】エンジンは、点火パルスに比例した回転数
で回転しているので、前記パルス信号は車室内部の騒音
と非常に相関が高いものとなる。Ａ／Ｄ変換器４は、波
形整形回路３の出力を基準信号Ｘ（ｎ）としてＤＳＰ１
に供給する。

【００４０】初期設定モード騒音除去動作を行う前に、予めシステムは初期設定モー
ドとなる。まず、ＤＳＰ１は、車室内部における伝達関
数の測定を行う。

【００４１】図２は、初期設定モードにおける動作ブロ
ックである。ここでは簡単のため、第１の二次音源から
第１の誤差マイクまでを示してある。なお、図２では、
説明を簡単にするため、Ａ／Ｄ変換器、アンプ、Ｄ／Ａ
変換器は省略してある。

【００４２】ＤＳＰ１は、内部に設定したノイズ発生部
１２に基本信号（例えば、ホワイトノイズ）を発生させ
る。この基本信号はＤ／Ａ変換器を経てアナログ信号と
なり、アンプで増幅されて、スピーカ７_-0から二次音源
として出力される。スピーカ７_-0から発生された二次音
源の音波は車室内部の空間を伝達し、誤差マイクにより
集音される。音波は、空間の伝達の途中に空間の距離、
反射による干渉等を受け、元の基本信号とは異なる位相
特性と振幅特性を有することになる。誤差マイク８_-0で
集音された信号は誤差信号ｅ₀となり、Ａ／Ｄ変換器を
経てＤＳＰ１内部に再度入力される。

【００４３】一方、基本信号は係数更新部１３、演算部
１４にも供給されている。演算部１４の出力は、減算器
１５で入力した誤差信号ｅ₀から減算されるため、ＤＳ
Ｐ１から出力され、Ｄ／Ａ変換器、アンプ、経路の伝達
関数、誤差マイク８_-0、Ａ／Ｄ変換器を経た全経路で影
響を受けた信号が、純粋な基本信号成分から減算され
る。つまり、経路の伝達関数により基本信号が影響を受
けた変化成分のみが取り出される。この変化成分の係数
はそのまま全経路の時間領域における伝達関数を示して
いる。

【００４４】次いで、ＤＳＰ１はこの全経路の伝達関数
をフーリエ変換し、周波数領域における伝達関数Ｘ
（ｆ）（例えば、ａ＋ｊｂ（ａ，ｂは実数、ｊは虚数）
等で表現できる式）に変換する。そして、この関数式に
対して式（６）により、伝達関数の振幅の平坦化を行っ
て平坦化した周波数領域の伝達関数Ｘ_flat（ｆ）を得
る。これを逆フーリエ変換して、再度時間領域における
関数とし、求めるべきモデリング伝達関数Ｃ₀₀を得る。

【００４５】上記のようにして、第１の二次音源に関し
第１の誤差マイク８_-0を経由する経路の伝達関数が求め
られる。モデリング伝達関数は、具体的にはＤＳＰ１の
伝達関数演算部に系数値として格納されることになる。

【００４６】同様に、図１における、第１の二次音源に
関する他の誤差マイク８_-1〜８_-3に関するモデリング伝
達関数Ｃ₀₁〜Ｃ₀₃を求める。第１の二次音源に関する経
路が終了すると、残りの二次音源に関する経路も同様に
して調べ、平坦化したモデリング伝達関数（Ｃ₁₁〜
Ｃ₁₃、Ｃ₂₁〜Ｃ₂₃、Ｃ₃₁〜Ｃ₃₃）を決定する。

【００４７】騒音能動制御モード以上の初期設定が終了すると、ＤＳＰ１は騒音能動制御
モードに入る。全体の動作は図１のブロックに基づいて
行われる。

【００４８】ＤＳＰ１の伝達関数演算部Ｃ_xxは、式
（５）に基づいてγ（ｎ−ｉ）を求めるのに使われる。
次に、係数更新部ＬＭＳは、式（４）に従い、γ（ｎ−
ｉ）に対応する誤差信号、収束係数μを当該γ（ｎ−
ｉ）と積算し、次回のフィルタ係数Ｗi を演算する。係
数更新部ＬＭＳは、さらに更新演算を適応フィルタの全
タップに亘って行い、このブロックＰ₀に関する更新動
作を終了する。

【００４９】なお、収束係数μは、システム全体に係る
係数として、発振しない程度の最大数を（０＜μ）の範
囲内で、実験等より適切な値を選ぶ。モデリング伝達関
数が平坦化されているので、収束係数μの周波数依存性
は無視できる。

【００５０】各二次音源に対する演算は平行して処理す
ることも可能であり、また、ＤＳＰ１は非常に高速に動
作しているので、１サンプリング期間中に全てのブロッ
クにおける全ての係数の更新を終了することができる。

【００５１】本実施例の測定結果図３に、振幅が一定の騒音に対し、周波数変化毎の誤差
信号振幅の変化と、これを平坦化したモデリング伝達関
数を用いた場合の振幅の変化を示す。

【００５２】図３に示すように、実際の系の伝達特性の
通りにモデリング伝達関数の係数を設定した場合（実
線）は、基本信号の周波数の変化に応じて、その振幅が
大いに影響を受けている。一方、各モデリング伝達関数
を平坦化して基準信号をフィルタリングした場合の振幅
変化（破線）は、周波数に対する振幅の変動が大幅に改
善されて、一定の値となっているのが判る。つまり、実
際の系の伝達関数による振幅変換の影響を効率よくキャ
ンセルしている。

【００５３】図４に、平坦化しないモデリング伝達関数
による位相変化と、平坦化したモデリング伝達関数によ
る位相関係を示す。図４に示すように、位相の関係は、
実際の系の位相特性（実線）と平坦化したモデリング伝
達関数を用いて基準信号をフィルタリングした場合（破
線）とでは大差がない。つまり、式（６）による演算に
より、位相関係を変えずに振幅特性が平坦化されてお
り、DENNIS R.MORGAN 氏の論文（前述）の条件を満たし
していることが判る。

【００５４】従って、伝達関数の振幅が極端に変化する
ことがないので、収束係数μ₀のレベルを図３のように
設定すれば、全ての周波数において収束係数μ₀を用い
ることができる。一方、従来のようにモデリング伝達関
数を平坦化しないとすれば、周波数２７０〔Hz〕付近で
は振幅が大きいので、収束係数をそれに対応して低い値
にしなければならない。このことは、他の周波数におい
ては収束速度が遅くなることを意味する。

【００５５】図５は、モデリング伝達関数の平坦化演算
を行う前後の、時間領域での係数値をプロットしたもの
である。図５は、タップ番号と設定された係数との関係
を示すために、各タップ係数の設定値の間を連続線で結
んだもので、実際には離散的（タップ番号は当然自然
数）な関係を有している。

【００５６】図５からも判るように、平坦化の演算によ
り係数値は大きく変動している。図６は、この実施例に
おける収束特性のシミュレーション結果である。このシ
ミュレーションは、消去すべきエンジン雑音の周波数１
２０〔Hz〕、収束係数μ＝２×１０^-3の条件で、平坦化
演算を行う前のモデリング伝達関数を使用したもの（破
線）と、平坦化演算を行ったモデリング伝達関数を使用
したもの（実線）とで比較した。図６から判るように、
平坦化したモデリング伝達関数により、平坦化前に比べ
て、同じ収束係数でありながら収束速度の差が生じてい
る。本実施例の効果上記測定結果に示したように、本実施例によれば、従来
の約１０倍の大きさの収束係数μを本発明に対して設定
でき、騒音能動制御装置としての性能を向上させること
ができる。その他の変形例本発明は上記実施例に限らず種々に変形可能である。

【００５７】例えば、上記実施例では、モデリング伝達
関数の係数値を初期設定において測定するようにしてい
たが、使用環境が一定であると想定されれば、予め生産
工程で測定し平坦化したモデリング伝達関数の係数値を
ＤＳＰに設定し、初期設定時にそれらの値を一時に設定
するようにしてもよい。この場合、初期設定モードにお
ける測定や平坦化のための演算を省略できる。

【００５８】また、本実施例では、アルゴリズムの演算
素子としてＤＳＰを使用したが、このＤＳＰに相当する
処理速度を満たせば、これに限定されるものではなく、
専用のプロセッサ、積和演算素子等をアルゴリズム演算
の実現手段として適用可能である。

【００５９】さらに、適応フィルタにはＦＩＲ、ＩＩＲ
等を適応でき、タップ数もシステムに応じて種々に設定
可能である。演算アルゴリズムに関しても、ＭＥＦＸ
ＬＭＳアルゴリズムに限らず、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ
ＬＭＳアルゴリズム、通常のＬＭＳアルゴリズム、その
他空間の伝達関数を用いて予測演算を行うアルゴリズム
であれば本発明の伝達関数の平坦化の考え方を適用可能
である。本発明に係る上記以外の態様例請求項２乃至請求項３記載の騒音能動制御装置におい
て、前記演算手段のフィルタ演算部は、フィルタ係数設
定のアルゴリズムとして、ＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズ
ムに基づく処理手順を行う騒音能動制御装置に適用可能
である。

【００６０】これによれば、ＭＥＦＸＬＭＳアルゴリ
ズム等を適用することで、広範囲に亘って消音効果を奏
することが可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上の通り、請求項１の発明によれば、
平坦化したモデリング伝達関数を設定したアルゴリズム
に基づいて演算を行うことで、収束時間を極力短くする
ことができ、しかも発振等の不都合がない安定した騒音
能動制御方法を提供できる。

【００６２】請求項２の発明によれば、測定後の実際の
系をモデリングした伝達関数に対し振幅の平坦化演算を
行う振幅平坦化演算手段を有するので、平坦化を行う場
合に掛ける係数を自由に設定でき、最良の収束状態を定
めることができる。また、毎回の測定等により伝達関数
を得るので、系の伝達特性が変更しても、毎回最適な動
作状態を設定できる。

【００６３】請求項３の発明によれば、関係式により位
相条件を変化させずに、振幅のみを平坦化できる騒音能
動制御装置を提供可能である。以上の騒音能動制御装置
により、自動車、ヘリコプター等の騒音レベルの高い乗
り物や住環境において、より快適な環境を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の騒音能動制御装置のブロック図であ
る。

【図２】実施例の初期設定モードの動作ブロック図であ
る。

【図３】モデリング伝達関数の振幅特性を示す説明図で
ある。

【図４】モデリング伝達関数の位相特性を示す説明図で
ある。

【図５】実施例のモデリング伝達関数のフィルタ係数設
定結果を示す説明図である。

【図６】実施例の騒音能動制御装置の収束特性を示す説
明図である。

【図７】従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘＬＭＳアルゴリ
ズムによる騒音能動制御装置を示す説明図である。

【図８】従来のＭＥＦＸＬＭＳアルゴリズムの説明図
である。

【符号の説明】

１、２０…ＤＳＰ（Digital Siganl Processor）２…主音源入力手段３…波形整形回路４、９_-0〜９_-3…Ａ／Ｄ変換器５_-0〜５_-3…Ｄ／Ａ変換器６_-0〜６_-3、２０…アンプ７_-0〜７_-3、Ｓ…スピーカ８_-0〜８_-3…誤差マイク１２…ノイズ発生部１３、２２、ＬＭＳ₀〜ＬＭＳ₃…係数更新部１４、２３…演算部１５…加算部２１…伝達関数演算部Ｍ_in…入力マイクＭｅ、Ｍ₀〜Ｍ_L-1…誤差マイクＹ（ｎ）、Ｙ₀（ｎ）〜Ｙ_M-1（ｎ）…二次音源信号ｅ（ｎ）、ｅ₀（ｎ）〜ｅ_L-1（ｎ）…誤差信号Ｃ_j、Ｃ_ml（m,l は整数）…モデリング伝達関数の係数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 1/00 ＡＧ１０Ｋ 11/16 Ｈ０３Ｈ 21/00 8842−5Ｊ (72)発明者加藤慎治郎埼玉県川越市大字山田字西町25番地１パイオニア株式会社川越工場内 (72)発明者垂井伸夫埼玉県川越市大字山田字西町25番地１パイオニア株式会社川越工場内 (72)発明者松本保志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者弥藤勝男愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間内の１又は２以上の伝達経路に係る
前記空間の音響伝達特性を近似させた１又は２以上の伝
達関数モデルを用いて、前記空間内に伝播する騒音音波
を消去するための消去音波を発生する騒音能動制御方法
において、前記伝達関数モデルに係る係数値は、測定に係る全ての
前記伝達関数モデルについて、位相条件を変化させず
に、それぞれの伝達関数に対応する振幅値が一定値にな
るように前記係数値を再設定することを特徴とする騒音
能動制御方法。
【請求項２】空間内の１又は２以上の伝達経路に係る
前記空間の音響伝達特性を近似させた１又は２以上の伝
達関数モデルを用いて、前記空間内に伝播する騒音音波
を消去するための消去音波を発生する騒音能動制御装置
において、前記伝達関数モデルに係る係数値は、測定に係る全ての
前記伝達関数モデルについて、位相条件を変化させず
に、それぞれの伝達関数に対応する振幅値が一定値にな
るように前記係数値を再設定する振幅平坦化手段を備え
たことを特徴とする騒音能動制御装置。
【請求項３】請求項２の騒音能動制御装置において、前記係数値の再設定にあたっては、伝達関数をＸ
（ｆ）、当該伝達関数Ｘ（ｆ）の共役複素関数をＸ
^*（ｆ）とした場合に、前記係数値を再設定すべき伝達
関数Ｘ_flat（ｆ）が、Ｘ_flat（ｆ）＝Ｋ・Ｘ（ｆ）／√（Ｘ（ｆ）Ｘ
^*（ｆ））（Ｋ≠０）なる関係式に基づいて演算されることを特徴とする騒音
能動制御装置。