JPH0822291A - 移動可能な能動消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の騒音のみを能率良く消音する一方、会
話の相手の音声等については、違和感なしに、確実に聞
きとることができ、制御スピーカ等の経時変化にも追従
でき、しかも、持ち運びの容易な能動消音装置を提供す
る。 【構成】 開示される能動消音装置は、互いに別体の制
御装置１と消音部２とから構成され、これら制御装置１
と消音部２とはワイヤレスで信号の授受を行うようにな
っている。消音部２は、消音したい領域Ｚ内に配置さ
れ、制御スピーカ１４と、エラーマイク１５と、制御装
置１との間で信号の授受を行う送受信回路１７とから構
成されている。このように、消音部２は、制御装置１か
ら機械的に切り離されることで、騒音のみを弱め、会話
の相手の音声や警報メッセージ音等については、違和感
なく、確実に聞きとれるようになる。また、任意の消音
したい領域に手軽に持ち込んだり、別の消音したい領域
に手軽に移すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、騒音波に対し、能動
的に同振幅で逆位相の音波を衝突させて消音する移動可
能な能動消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置としては、移動状態
でも使用できる防音ヘッドセットという消音装置が知ら
れている（特表昭６３−５０３１８６号公報参照）。こ
の防音ヘッドセットは、頭に掛けるヘッドバンドと、こ
のヘッドバンドによって連結されて各耳を取り囲む左右
２つのマフと、外部騒音を検出するための左右２つのセ
ンサマイクと、各センサマイクに入射する騒音波と同振
幅で逆位相の音波を各耳の方に向けて放射する左右２つ
の制御スピーカとから概略構成されている。上記構成の
防音ヘッドセットによれば、吸音材等のパッシブ防音手
段では余り消音できない低周波騒音、例えば５００Ｈｚ
以下の自動車騒音や工場騒音を鼓膜の位置にて能率良く
低減できるので、騒音の下でも、あたかも静寂な音環境
に身を置くかのような気分を実感できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の消音装置にあっては、センサマイクが耳元に置かれ
るので、会話の相手の音声や警報メッセージ音等も外部
騒音と同じようにセンサマイクによって検出され、検出
された音声等と同振幅で逆位相の音波が制御スピーカか
ら放射されるので、音声や警報メッセージ音に違和感を
覚え、ひいては、会話に支障をきたしたり、警報メッセ
ージ音を聞き逃したりする畏れがある。

【０００４】加えて、上記従来の装置では、センサマイ
クは、コンデンサや抵抗等の受動素子からなるアナログ
フィルタ等を介して制御スピーカに結合されており、こ
のようなアナログ信号処理方式では、技術的困難性か
ら、実用的な適応制御はなされないため、センサマイク
や制御スピーカ等の特性の経年変化や空間伝達系の温湿
度等の時々刻々の変化には追従できないという欠点があ
る。

【０００５】後者の問題に関しては、アナログフィルタ
に代えて、デジタルフィルタを採用するようにすれば、
ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムやＲＬＳ（R
ecursive Least Square）アルゴリズムを駆使すること
ができるので、上記経年変化や環境変化に対して追従性
の良い適応制御を行うことができる。

【０００６】しかしながら、このようなデジタル信号処
理方式では、新たに、残留騒音を検出するためのエラー
マイクや、センサマイクから出力される騒音信号とエラ
ーマイクから出力される残留騒音信号とに基づいて、か
つ、デジタル処理により、鼓膜付近にて残留騒音の音圧
を常時最小とすべく適応制御を行う信号処理手段を搭載
しなければならず、装置の大規模化を招き、携帯するに
は不便となる。

【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、到来ないしは発生する所定の騒音のみを能率良
く消音する一方、会話の相手の音声や警報メッセージ音
等については、違和感なしに、確実に聞きとることがで
き、制御スピーカ等の経時変化や環境の温湿度変化にも
追従でき、しかも、持ち運びの容易な能動消音装置を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、到来ないしは発生する所定
の騒音を検出して騒音信号を出力する騒音検出手段と、
入力される制御音信号に基づいて、消音したい領域にて
上記騒音を打ち消すべき制御音を放射する制御音放射手
段と、上記消音したい領域の残留騒音を検出して残留騒
音信号を出力する残留騒音検出手段と、上記騒音信号及
び上記残留騒音信号に基づいて、デジタル処理によっ
て、上記残留騒音を常時最小とすべく適応制御を行い、
上記制御音を放射させる制御音信号を生成して上記制御
音放射手段に供給する信号処理手段とを備えてなる能動
消音装置であって、前記残留騒音検出手段及び制御音放
射手段を有する一方、前記騒音検出手段及び信号処理手
段から切り離されることで移動可能な消音部が構成さ
れ、かつ、該消音部と上記信号処理手段の側とには、相
互に、ワイヤレスで上記残留騒音信号及び制御音信号の
授受を行うための送受信手段がそれぞれ備えられている
ことを特徴としている。

【０００９】

【作用】請求項１記載の構成において、騒音検出手段
は、例えば大型機械等の騒音源の前に置いて、発生する
騒音を検出して騒音信号を出力する。また、残留騒音検
出手段は、制御音放射手段と共に消音部を構成する。こ
の消音部は、騒音検出手段及び大規模な信号処理手段か
ら切り離されることで容易に移動可能な構成とされ、そ
れ故、電波等の届く限り、騒音源から離れた任意の領域
に置くことができ、適宜、別の任意の領域に移すことも
できる（なお、これらの領域に到来する騒音は激しさが
衰えないものとする）。

【００１０】残留騒音検出手段は、上記任意の領域にお
いて、到来した騒音と制御音放射手段から放射される制
御音との干渉による干渉騒音を検出して残留騒音信号を
出力する。この残留騒音信号は、送受信手段を介して、
ワイヤレスで信号処理手段に供給される。これにより、
信号処理手段が、騒音信号及び残留騒音信号に基づい
て、デジタル処理による適応制御を行い、騒音に対して
逆位相の制御音を放射させる制御音信号を生成して、送
受信手段を介して、ワイヤレスで制御音放射手段に供給
する。制御音放射手段は、入力される制御音信号に基づ
いて、消音したい領域にて騒音を打ち消すべき制御音を
放射する。

【００１１】したがって、上記構成によれば、消音した
い領域に侵入した騒音が、制御音放射手段から放射され
る制御音によって、干渉により打ち消されて消音され
る。また、騒音検出手段は、騒音源に近接して置かれる
が、会話の相手や警報メッセージ音の音源の近くには配
置されないので、騒音のみが能率良く消音され、これに
対して、会話の相手の音声や警報メッセージ音等につい
ては、消音の対象とされない。したがって、騒音は弱め
られても、会話の相手の音声や警報メッセージ音等につ
いては、違和感なく、しかも確実に聞きとれる。

【００１２】また、デジタル処理による適応制御が行わ
れるので、制御音放射手段等の経時変化や環境の温湿度
変化にも追従できるので、常に高精度の消音効果を得る
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 ◇第１実施例 図１は、この発明の第１実施例である能動消音装置の電
気的構成を示すブロック図、また、図２は、同能動消音
装置を騒音の激しい工場で使用する一例を示す図であ
る。これらの図に示すように、この例の能動消音装置
は、互いに別体の制御装置１と消音部２とから概略構成
され、これらの制御装置１と消音部２とはワイヤレスで
信号の授受を行うようになされている。

【００１４】上記制御装置１は、騒音源Ｎ側に設置さ
れ、騒音を検出するセンサマイク３と、増幅器（以下、
ＡＭＰという）４，１１と、ローパスフィルタ（以下、
ＬＰＦという）５，９，１２と、アナログ／デジタル変
換器（以下、Ａ／Ｄコンバータという）６，１３と、デ
ジタル信号処理を行う信号処理部７と、デジタル／アナ
ログ変換器（以下、Ｄ／Ａコンバータという）８と、消
音部２との間で信号の送受信を行う送受信回路１０とか
ら構成されている。

【００１５】また、上記消音部２は、消音したい領域Ｚ
内に配置され、制御スピーカ１４と、エラーマイク１５
と、ＡＭＰ１６と、制御装置１との間で信号の送受信を
行う送受信回路１７とから概略構成されている。このよ
うに、消音部２は、制御装置１から機械的に切り離され
ることにより、電波の届く範囲で任意の領域に手軽に持
ち込んだり、別の場所に手軽に移すことができるものと
なっている。

【００１６】制御装置１において、センサマイク３は、
機械等の騒音源Ｎから出る騒音のレベルを検出して騒音
信号に変換する。この騒音信号は、ＡＭＰ４に入力され
る。ＡＭＰ４は、騒音信号を増幅する。ＬＰＦ５は、カ
ットオフ周波数が略５００Ｈｚに設定され、ＡＭＰ４の
出力信号の低周波成分を通過させる。Ａ／Ｄコンバータ
６は、サンプリング周波数１．２５ｋＨｚでＬＰＦ５か
ら出力された騒音信号の低周波成分をデジタルの騒音デ
ータに変換した後、信号処理部７に入力する。

【００１７】次に、消音部２において、制御スピーカ１
４は、エラーマイク１５に向けて、騒音を打ち消すべき
制御音を放射する。エラーマイク１５は、制御スピーカ
１４によって減衰させられて残留する残留騒音のレベル
を検出して残留騒音信号に変換する。残留騒音信号は、
送受信回路１７，１０を経由して、制御装置１のＡＭＰ
１１に入力される。

【００１８】再び、制御装置１において、ＡＭＰ１１
は、残留騒音信号を増幅する。ＬＰＦ１２は、カットオ
フ周波数が５００Ｈｚであり、ＡＭＰ１１の出力信号の
低周波成分を通過させる。Ａ／Ｄコンバータ１３は、サ
ンプリング周波数１．２５ｋＨｚでＬＰＦ１２から出力
された残留騒音信号の低周波成分をデジタルの残留騒音
データに変換した後、信号処理部７に入力する。

【００１９】信号処理部７は、いずれも図示略の適応フ
ィルタ（以下、ＡＤＦという）と、コントロールド・フ
ィルタ（以下、ＣＮＦという）と、補正用フィルタ等と
から構成され、まず、初期動作として、制御スピーカ１
４からエラーマイク１５までの間の伝達関数Ｇ1の同定
を行い、次に、適応制御動作として、センサマイク３か
らエラーマイク１５までの間の伝達関数Ｇ2の逆特性Ｆ
（正確には、予め、伝達関数Ｇ1の効果を除去された逆
特性Ｆ）の逐次同定等を行い、騒音を打ち消すべきデジ
タルの制御音データを生成して出力する。この効果は、
制御スピーカ１４から制御音が放射されることにより加
えられる（元に戻る）。

【００２０】Ａ／Ｄコンバータ１３から出力された騒音
データは、信号処理部７のＡＤＦに入力される。ＡＤＦ
は、補正用フィルタによって補正された騒音データや残
留騒音データを用い、ＬＭＳ（最小２乗平均）等の適応
制御アルゴリズムを駆使して、常にエラーマイク１５の
位置での残留騒音が最小となるように、上記伝達関数
（フィルタ係数）の適応化処理を行う。そして、ＣＮＦ
には、センサマイク３からエラーマイク１５までの間の
伝達関数Ｇ2の逆特性Ｆに対応するフィルタ係数ｊが設
定される。このフィルタ係数ｊは、ＡＤＦによって、サ
ンプリング周期毎に更新される。

【００２１】Ｄ／Ａコンバータ８は、サンプリング周波
数１．２５ｋＨｚでＣＮＦの出力データ（制御音デー
タ）等をアナログ信号に変換する。また、ＬＰＦ９は、
カットオフ周波数が５００Ｈｚであって、アンチエリア
シングフィルタによって構成されており、Ｄ／Ａコンバ
ータ８の出力信号の低周波成分を通過させる。ＬＰＦ９
の出力信号は、送受信回路１０，１７を経由して、消音
部２のＡＭＰ１６に入力される。

【００２２】再び、消音部２において、ＡＭＰ１６は、
ＬＰＦ９の出力信号を増幅した後、制御スピーカ１５に
入力する。

【００２３】なお、この例の送受信回路１０，１７は、
いずれも送信部と受信部とから構成され、送信部は、図
示せぬＣＰＵによって制御され、１２００ＭＨｚ帯の送
信キャリアに制御音データや残留騒音データによる変調
を加える。そして、変調された送信キャリアを、３２Ｋ
ｂｐｓの無線間データ伝送速度条件の下で、アンテナＡ
を介して、送信先に送信する。受信部は、送信元のアン
テナＡから放射された電波（送信キャリア）を、アンテ
ナＡを介して受信し、検波して、アナログの制御音デー
タや残留騒音データに復調する。

【００２４】次に、この例の動作について説明する。例
えば、工場内の作業デスク１８に面して、２人の人間が
協同作業を行っているとする。しかしながら、機械騒音
が非常にうるさく、このため、作業していても落ちつか
ないどころか、相手の声が聞き取れず、仕事が一向に進
捗しない状態に陥ったとする。このような事態におい
て、この例の装置を適用するには、制御装置１は機械等
の騒音源Ｎ側に設置し、特に、センサマイク３は、騒音
源１８に近接して配置する（図１及び図２）。消音部２
は、作業デスク１８の上に載置する（作業デスク１８の
回りが消音したい領域Ｚである）。

【００２５】そして、電源が投入されると、まず、初期
設定が行われる。すなわち、信号処理部７において、Ａ
ＤＦは、制御スピーカ１４とエラーマイク１５との間の
伝達関数Ｇ1の同定を行い、求められた伝達関数Ｇ1に対
応するフィルタ係数を信号処理部７の補正フィルタに与
える。この後、消音動作モードに移行する。消音動作モ
ードにおいて、騒音源Ｎから出る機械騒音は、センサマ
イク３によってそのレベルが検出され、騒音信号に変換
される。この騒音信号は、ＡＭＰ４、ＬＰＦ５、Ａ／Ｄ
コンバータ６を経て、デジタルの低周波の騒音データに
変換されて信号処理部７に供給される。

【００２６】騒音データが信号処理部７に供給される
と、この騒音データに対して、上記ＣＮＦにおいて、フ
ィルタ係数ｊで畳み込み演算が行われて制御音データが
生成される。この制御音データは、Ｄ／Ａコンバータ８
においてアナログ信号に変換され、ＬＰＦ９を経た後、
ワイヤレスで（送受信回路１０，１７を経由して）、消
音部２のＡＭＰ１６に入力され、続いて制御スピーカ１
４に供給される。ただし、フィルタ係数ｊの初期値は０
であるので、消音動作の開始直後は、制御スピーカ１４
からどのような音も放射されない。

【００２７】また、補正用フィルタにおいて、騒音デー
タに対して、フィルタ係数ｈで畳み込み演算が行われ、
その演算結果がＡＤＦに供給される。一方、エラーマイ
ク１５において、残留騒音のレベルが検出され、残留騒
音信号に変換された後、ワイヤレスで（送受信回路１
７，１０を経由して）、制御装置１のＡＭＰ１１に入力
され、ＬＰＦ１２を経て、Ａ／Ｄコンバータ１１におい
てデジタルの残留騒音データに変換される（ただし、消
音動作の開始直後は、制御スピーカ１４からどのような
音も放射されないので、到来した機械騒音の全てが残留
する）。

【００２８】これにより、上記ＡＤＦにおいて、残留騒
音データと補正用フィルタの出力データとに基づいて、
残留騒音データを最小にすべく、ＬＭＳアルゴリズムが
駆使されて、センサマイク３とエラーマイク１５との間
の伝達関数Ｇ2の逆特性Ｆの同定と、これに続く適応化
処理が実行される。この適応化処理は、一定のサンプリ
ング周期毎に行われ、新たに同定される伝達関数Ｇ2の
逆特性Ｆに対応するフィルタ係数ｊが、新たなフィルタ
係数として上記ＣＮＦに供給される。

【００２９】上記ＣＮＦにおいて、新たに入力された騒
音データに対して、新たに供給され適応化されたフィル
タ係数ｊで畳み込み演算が行われ、新たな制御音データ
が生成される。新たに生成された制御音データは、Ｄ／
Ａコンバータ８においてアナログ信号に変換され、ＬＰ
Ｆ９を経た後、ワイヤレスで（送受信回路１０，１７を
経由して）、消音部２のＡＭＰ１６に入力され、続いて
制御スピーカ１４に供給される。これにより、制御音ス
ピーカ１４から新たな制御音データに対応する新たな制
御音（消音音波）が放射され、この制御音の音圧が、到
来した機械騒音と同一音圧でかつ逆位相となって、機械
騒音を弱める。

【００３０】次に、作業デスク１８を所定の距離だけ移
動させる必要が生じたとする。この場合には、消音部２
を作業デスク１８の上に載置したままで移動させるが、
制御装置１は移動させる必要はない。作業デスク１８に
伴って、消音部２が移動する最中にも、信号制御部７の
ＡＤＦにおいて、残留騒音データと補正用フィルタの出
力データとに基づいて、残留騒音データを最小にすべ
く、ＬＭＳアルゴリズムが駆使されて、センサマイク３
とエラーマイク１５との間の伝達関数Ｇ2の逆特性Ｆの
同定と、これに続く適応化処理が実行される。そして、
新たに同定される伝達関数Ｇ2の逆特性Ｆに対応するフ
ィルタ係数ｊが、新たなフィルタ係数として上記ＣＮＦ
に供給される。それ故、消音部２の移動の最中及び移動
後でも、常に、制御音スピーカ１４から、到来した機械
騒音と同一音圧でかつ逆位相の制御音（消音音波）が放
射され、機械騒音を弱める。

【００３１】この例の構成によれば、所定の機械騒音の
みを能率良く消音でき、一方、センサマイクは、作業デ
スク１８の上には配置されないので、相手の声や警報メ
ッセージ音等については、消音の対象とされない。した
がって、機械騒音は弱められても、相手の声や警報メッ
セージ音等については、違和感なく、しかも確実に聞き
とることができる。

【００３２】また、デジタル処理による適応制御が行わ
れるので、制御スピーカ１４やセンサマイク３等の経年
変化や環境の温湿度変化にも追従できるので、常時、高
精度の消音効果を得ることができる。

【００３３】◇第２実施例 次に、第２実施例について説明する。図３は、この発明
の第２実施例である能動消音装置の電気的構成を示すブ
ロック図、また、図４は、同能動消音装置を騒音の激し
い工場で使用する一例を示す図である。この例の能動消
音装置が、上述の第１実施例のそれと異なるところは、
机上載置型の消音部２（図２）に代えて、頭１９につけ
て携帯する消音ヘッドセット２０を用いるようにした点
である。

【００３４】この例の消音ヘッドセット２０は、人の頭
１９に掛けるヘッドバンド２１と、このヘッドバンド２
１によって連結されて各耳２２に向け制御音を放射する
左右２つの制御スピーカ２３，２３と、各耳２２付近の
残留騒音を検出して残留騒音信号を出力する左右２つの
エラーマイク２４，２４と、制御装置１との間で、ワイ
ヤレスで残留騒音信号及び制御音信号の授受を行うため
の送受信回路２５と、この送受信回路と制御スピーカ２
３，２３との間に介挿された図示せぬＡＭＰとから概略
構成されている。ここで、各２つの制御スピーカ２３，
２３及びエラーマイク２４，２４は、互いに並列接続さ
れている。なお、第１実施例（図１及び図２）と同一構
成各部については、同一の符号を付してその説明を省略
する。

【００３５】このように、この第２実施例の構成によれ
ば、第１実施例において上述したと同様の効果に加え
て、人の動きに応じて、消音される領域も移動するの
で、あたかも、消音領域が拡大されたかのようであり、
使い勝手が非常に良く、静寂な音環境に身を置くかのよ
うな気分を実感できる。

【００３６】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述の第
２実施例においては、消音ヘッドセットに左右２つのエ
ラーマイクを設けた場合について述べたが、いずれか一
方を省略できる。また、上述の実施例では、カットオフ
周波数を略５００Ｈｚに設定したが、これに限定されな
い。同様に、サンプリング周波数も１．２５ｋＨｚに限
定されない。

【００３７】また、上述の実施例においては、制御装置
と消音部とをワイヤレスで結ぶ手段として、無線装置
（送受信回路）を用いたが、机上載置型（第１実施例）
の消音部にあっては、例えば、半導体レーザと受光セン
サとからなる光双方向通信装置を用いても良い。また、
上述の実施例の変形例として、制御スピーカへ、直接、
電気（音声）信号の形態でメッセージを送って再生させ
ると共に、このような有効な情報音は消音されないよう
に回路を組むことも可能である。また、この発明に係る
能動消音装置は、工場内のみならず、低周波騒音の激し
い、例えば飛行機内や自動車内等で用いても好適であ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の能動消
音装置によれば、消音部は、信号処理手段等から機械的
に切り離され、電気的にはワイヤレスで結ばれる構成な
ので、電波等の届く範囲で任意の消音したい領域に手軽
に持ち込んだり、別の消音したい領域に手軽に移すこと
ができる。

【００３９】また、騒音検出手段は、騒音源に近接して
置かれるが、会話の相手や警報メッセージ音の音源の近
くには配置されないので、騒音のみが能率良く消音さ
れ、これに対して、会話の相手の音声や警報メッセージ
音等については、消音の対象とされない。したがって、
騒音は弱められても、会話の相手の音声や警報メッセー
ジ音等については、違和感なく、しかも確実に聞きとれ
る。また、デジタル処理による適応制御が行われるの
で、制御音放射手段等の経時変化や環境の温湿度変化に
も追従できるので、常に高精度の消音効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である移動可能な能動消
音装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】同能動消音装置を騒音の激しい工場で使用する
一例を示す図である。

【図３】この発明の第２実施例である携帯型の能動消音
装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図４】同能動消音装置を騒音の激しい工場で使用する
一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ 消音部 ３ センサマイク（騒音検出手段） ７ 信号処理部（信号処理手段の要部） １０，１７，２５ 送受信回路（送受信手段） １４，２３ 制御スピーカ（制御音放射手段） １５，２４ エラーマイク（残留騒音検出手段） Ｎ 機械等の騒音源 Ｚ 消音したい領域 １９ 頭 ２０ 消音ヘッドセット（消音部） ２１ ヘッドバンド ２２ 耳 ４，１１ ＡＭＰ（信号処理手段の一部） ５，９，１２ ＬＰＦ（信号処理手段の一部） ６，１３ Ａ／Ｄコンバータ（信号処理手段の一
部） ８ Ｄ／Ａコンバータ（信号処理手段の一部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 到来ないしは発生する所定の騒音を検出
   して騒音信号を出力する騒音検出手段と、入力される制
   御音信号に基づいて、消音したい領域にて前記騒音を打
   ち消すべき制御音を放射する制御音放射手段と、前記消
   音したい領域の残留騒音を検出して残留騒音信号を出力
   する残留騒音検出手段と、 前記騒音信号及び前記残留騒音信号に基づいて、デジタ
   ル処理によって、前記残留騒音を常時最小とすべく適応
   制御を行い、前記制御音を放射させる制御音信号を生成
   して前記制御音放射手段に供給する信号処理手段とを備
   えてなる能動消音装置において、 前記残留騒音検出手段及び制御音放射手段を有する一
   方、前記騒音検出手段及び信号処理手段から切り離され
   ることで移動可能な消音部が構成され、 かつ、該消音部と前記信号処理手段の側とには、相互
   に、ワイヤレスで前記残留騒音信号及び制御音信号の授
   受を行うための送受信手段がそれぞれ備えられているこ
   とを特徴とする移動可能な能動消音装置。