JPH0973295A - Active control device - Google Patents

Active control device

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JPH0973295A
JPH0973295A JP7227779A JP22777995A JPH0973295A JP H0973295 A JPH0973295 A JP H0973295A JP 7227779 A JP7227779 A JP 7227779A JP 22777995 A JP22777995 A JP 22777995A JP H0973295 A JPH0973295 A JP H0973295A
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JP
Japan
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filter
adaptive digital
digital filter
impulse response
adaptive
Prior art date
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Application number
JP7227779A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Eguchi
政樹 江口
Shozo Tanaka
章三 田中
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH0973295A publication Critical patent/JPH0973295A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress increasing of filter operation quantity caused by increasing of sampling frequencies to the absolute minimum, in an active control device used for an adaptive digital filter. SOLUTION: In a transversal filter inputting a signal (u) (n) and outputting a control signal (y) (n), impulse response is adjusted so that impulse response (h) (n) has a value every fixed time interval and it is substantially made 0 in the other time. Therefore, each delay tap of the transversal filter is provided with a multiplication block making the product with a filter coefficient corresponding to impulse response every fixed interval. Also, updating the filter coefficient is performed every fixed time interval.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サやディジタルシグナルプロセッサ(DSP)等で構成
した適応ディジタルフィルタを用いて騒音や振動等の能
動制御を行う能動制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active control device for active control of noise, vibration and the like by using an adaptive digital filter composed of a microprocessor, a digital signal processor (DSP) and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は能動制御方法を騒音制御に応用し
たシステムの構成図である。騒音源1から発せられた騒
音は、マイクロホン2で検出され、ローパスフィルタで
構成したアンチエリアジングフィルタ3を介してADコ
ンバータ4に送られる。ADコンバータ4はリファレン
ス信号u(n)を信号処理部5に送る。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram of a system in which an active control method is applied to noise control. The noise emitted from the noise source 1 is detected by the microphone 2 and sent to the AD converter 4 via the anti-aliasing filter 3 formed of a low pass filter. The AD converter 4 sends the reference signal u (n) to the signal processing unit 5.

【0003】DAコンバータ6は信号処理部5から制御
信号y(n)を入力してアナログ信号に変換し、ローパス
フィルタで構成したアンチエリアジングフィルタ7を介
して2次音源であるスピーカ8に出力する。スピーカ8
から出力された音波は騒音源1から発せられた音波と干
渉し、干渉後の騒音は残留騒音としてマイクロホン9で
検出され、ローパスフィルタで構成したアンチエリアジ
ングフィルタ10を介してADコンバータ11に入力さ
れる。ADコンバータ11は残留騒音を誤差信号e(n)
として信号処理部5に送る。
The DA converter 6 inputs the control signal y (n) from the signal processing unit 5, converts it into an analog signal, and outputs it to a speaker 8 which is a secondary sound source through an anti-aliasing filter 7 composed of a low pass filter. To do. Speaker 8
The sound wave output from the noise source 1 interferes with the sound wave emitted from the noise source 1, and the noise after the interference is detected by the microphone 9 as residual noise, and is input to the AD converter 11 via the anti-aliasing filter 10 composed of a low-pass filter. To be done. The AD converter 11 outputs the residual noise to the error signal e (n).
To the signal processing unit 5.

【0004】信号処理部5は、リファレンス信号u(n)
を入力し制御信号y(n)を出力する適応ディジタルフィ
ルタ12、およびリファレンス信号u(n)と誤差信号e
(n)を入力して適応ディジタルフィルタ12のフィルタ
係数ai(n)を逐次更新する係数更新部13から構成さ
れる。ここで、適応ディジタルフィルタ12を長さIの
有限インパルスレスポンス(FIR)フィルタであると
すると、入出力関係は、
The signal processing unit 5 includes a reference signal u (n)
To the control signal y (n) and the reference signal u (n) and the error signal e.
(n) is input and the coefficient updating unit 13 is configured to sequentially update the filter coefficient a i (n) of the adaptive digital filter 12. Here, assuming that the adaptive digital filter 12 is a finite impulse response (FIR) filter of length I, the input / output relationship is

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】となる。このとき適応ディジタルフィルタ
12のインパルスレスポンスh(n)は、 h(n)=an (n=0,・・・,I−1) (2) である。
[0006] At this time, the impulse response h (n) of the adaptive digital filter 12 is h (n) = a n (n = 0, ..., I-1) (2).

【0007】一方、係数更新部13では誤差信号e(n)
のパワーを小さくするように、フィルタ係数aiが、 ai(n+1)=ai(n)−αr(n−i)e(n) (3) で更新される。ここで、αは正の小さな値である。ま
た、r(n)は、
On the other hand, in the coefficient updating unit 13, the error signal e (n)
The filter coefficient a i is updated by ai (n + 1) = a i (n) −αr (n−i) e (n) (3) so as to reduce the power of A i. Here, α is a small positive value. Also, r (n) is

【0008】[0008]

【数2】 [Equation 2]

【0009】で計算される。ここで、ck(k=0,・
・・,k−1)は、適応ディジタルフィルタ12の出力
y(n)が係数更新部13まで伝搬する過程の伝達関数の
インパスル応答である。
Is calculated by Where c k (k = 0, ...
.., k-1) is an impulsed response of the transfer function in the process in which the output y (n) of the adaptive digital filter 12 propagates to the coefficient updating unit 13.

【0010】上記のシステムでは、適応ディジタルフィ
ルタ12のフィルタ係数の数が多くなると式(1)、式
(3)の演算量が多くなるため、複数のDSPにこれら
の演算を分割して処理させる方法が提案されている。
In the above system, as the number of filter coefficients of the adaptive digital filter 12 increases, the calculation amount of the equations (1) and (3) increases, so that a plurality of DSPs are made to divide and process these operations. A method has been proposed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】能動制御において、物
理現象量と相関のあるリファレンス信号を入力し、これ
を適応ディジタル信号処理して制御信号を出力すること
により、物理現象量を制御する場合、その入力から、制
御のための物理量が出力されるまでの時間遅れを可能な
限り最小にする必要が生じる。特に制御対象である物理
現象量がランダムに変動する場合に重要な課題となる。
In active control, in the case of controlling the amount of physical phenomenon by inputting a reference signal having a correlation with the amount of physical phenomenon, performing adaptive digital signal processing of this and outputting a control signal, The time delay from the input to the output of the physical quantity for control needs to be minimized as much as possible. In particular, it becomes an important issue when the amount of physical phenomenon that is the control target changes randomly.

【0012】ディジタル制御回路における主な遅延要素
は、AD変換前、およびDA変換後に、アンチエリアジ
ングフィルタ3およびアンチエリアジングフィルタ7と
して用いられるアナログのローパスフィルタ、およびD
SP等による演算時間である。このなかでも、ローパス
フィルタの遅延が大半をしめている。
The main delay elements in the digital control circuit are analog low-pass filters used as the anti-aliasing filter 3 and the anti-aliasing filter 7 before AD conversion and after DA conversion, and D
It is the calculation time by SP or the like. Among these, the delay of the low-pass filter accounts for the majority.

【0013】ローパスフィルタの遅延を小さくするに
は、遮断周波数を高域側にシフトさせるか、遮断特性の
緩やかな低次のフィルタを用いればよいが、同時にディ
ジタル処理におけるサンプリング周波数もこれに応じて
高くしなければならない。しかし、サンプリング周波数
を高く設定すれば、これに応じて適応ディジタルフィル
タのフィルタ係数の数を増加させる必要が生じ、このた
めに演算量の大幅な増加を招くという問題があった。
To reduce the delay of the low-pass filter, the cutoff frequency may be shifted to the high frequency side or a low-order filter having a gentle cutoff characteristic may be used. At the same time, the sampling frequency in the digital processing is also changed accordingly. Must be high. However, if the sampling frequency is set high, it is necessary to increase the number of filter coefficients of the adaptive digital filter accordingly, which causes a problem that the amount of calculation is significantly increased.

【0014】本発明は上述のような問題点に鑑み、能動
制御における適応ディジタルフィルタの演算、およびそ
のフィルタ係数更新の演算を従来に比べて少ない演算量
で実行できるようにした能動制御装置を提供するもので
ある。
In view of the above-mentioned problems, the present invention provides an active control device capable of executing an operation of an adaptive digital filter in active control and an operation of updating its filter coefficient with a smaller amount of operation than in the conventional case. To do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、請求項1の発明は、物理現象量と相関を有するリフ
ァレンス信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を
施し、制御信号y(n)を出力することにより、前記物理
現象量を希望する量に近づけるようにする能動制御装置
において、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信
号処理を施す適応ディジタルフィルタ手段と、該適応デ
ィジタルフィルタ手段の時間nにおけるインパルスレス
ポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、その間
の時間では実質的に0となるように前記インパルスレス
ポンスh(n)を調整する調整手段を設けた構成にする。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 inputs a reference signal u (n) having a correlation with a physical phenomenon amount, and applies adaptive signal processing to the reference signal u (n). In the active control device that outputs the control signal y (n) to bring the physical phenomenon amount close to a desired amount, an adaptive digital filter means for performing adaptive signal processing on the reference signal u (n). , The impulse response h (n) at the time n of the adaptive digital filter means has a value at every constant time interval x, and the impulse response h (n) is adjusted so that it becomes substantially 0 at the time between them. The configuration is such that adjustment means is provided.

【0016】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明において、前記調整手段による適応ディジタル
フィルタのインパルスレスポンスh(n)の調整が、その
絶対値の最も大きい時間nの周辺についてのみその値を
実質的0に固定することなく、前記物理現象量を希望す
る量に近づけるような構成にする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the adjustment of the impulse response h (n) of the adaptive digital filter by the adjusting means is performed around the time n having the maximum absolute value. Only, the value of the physical phenomenon is made to approach a desired value without fixing the value to substantially zero.

【0017】また、請求項3記載の発明は、物理現象量
と相関を有するリファレンス信号u(n)を入力して、こ
れに適応信号処理を施し、制御信号y(n)を出力するこ
とにより、前記物理現象量を希望する量に近づけるよう
にする能動制御装置において、前記リファレンス信号u
(n)に対して適応信号処理を施し、物理現象量を希望量
に近づけるように調整される第1及び第2の適応ディジ
タルフィルタ手段と、前記第1或いは第2のいずれかの
適応ディジタルフィルタ手段は、時間nにおけるインパ
ルスレスポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有
し、その間の時間では実質的に0となるように調整する
調整手段を設ける。
According to the third aspect of the invention, the reference signal u (n) having a correlation with the physical phenomenon amount is input, adaptive signal processing is performed on the reference signal u (n), and the control signal y (n) is output. , In the active control device that brings the physical phenomenon amount close to a desired amount, the reference signal u
(n) is subjected to adaptive signal processing, and first and second adaptive digital filter means are adjusted so that the amount of physical phenomenon approaches a desired amount, and either the first or the second adaptive digital filter. The means is provided with an adjusting means for adjusting so that the impulse response h (n) at the time n has a value at every constant time interval x, and becomes substantially 0 at the time between them.

【0018】このように本発明によれば、物理現象量と
相関を有するリファレンス信号u(n)を入力して、これ
に適応信号処理を施し、制御信号y(n)を出力すること
により、前記物理現象量を希望する量に近づけるように
する能動制御装置において、前記リファレンス信号u
(n)に対して適応信号処理が適応ディジタルフィルタ手
段によって実行され、そのディジタルフィルタ手段の時
間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間
隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0とな
るように前記インパルスレスポンスh(n)の調整を行う
とき、適応ディジタルフィルタの入出力関係は、
As described above, according to the present invention, by inputting the reference signal u (n) having a correlation with the physical phenomenon amount, performing adaptive signal processing on the reference signal u (n), and outputting the control signal y (n), In the active control device that brings the physical phenomenon amount close to a desired amount, the reference signal u
Adaptive signal processing is performed on (n) by the adaptive digital filter means, and the impulse response h (n) of the digital filter means at time n has a value at every constant time interval x, and in the time between them, the impulse response h (n) is substantially. When the impulse response h (n) is adjusted to be 0, the input / output relationship of the adaptive digital filter is

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】で表される。ここでxは2以上の正の整数
である。またIはxで割り切れるものとする。
## EQU1 ## Here, x is a positive integer of 2 or more. Also, I shall be divisible by x.

【0021】式(5)では適応ディジタルフィルタの出
力y(n)を計算する際、実質的0のインパルスレスポン
スに対応するフィルタ係数に関する積和演算を行わない
ようにしているため演算量が少なくなるのは明かであ
る。従って本発明によればサンプリング周波数を仮に2
倍に上げても、x=2とすれば適応ディジタルフィルタ
のフィルタ係数の数は増加しないため、演算量の増加を
最小限度に抑制することができる。
In the equation (5), when the output y (n) of the adaptive digital filter is calculated, the product-sum calculation is not performed on the filter coefficient corresponding to the impulse response of substantially 0, so the calculation amount is reduced. Is clear. Therefore, according to the present invention, the sampling frequency is set to 2
Even if the number is doubled, if x = 2, the number of filter coefficients of the adaptive digital filter does not increase, so that the increase in the amount of calculation can be suppressed to the minimum.

【0022】サンプリング周波数がfsですべてのフィ
ルタ係数が使用される場合、およびサンプリング周波数
が2fsで、式(5)におけるxが2の場合の適応ディ
ジタルフィルタの作用を示す概念図を図5に示す。図5
(a)は適応ディジタルフィルタのインパルスレスポン
ス例を示している。図5(a−1)はサンプリング周波
数がfsの場合、図5(a−2)はサンプリング周波数
が2fsで、かつx=1の場合、図5(a−3)はサン
プリング周波数が2fsで、かつx=2の場合であり、
本発明に関わる例である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the operation of the adaptive digital filter when the sampling frequency is fs and all the filter coefficients are used, and when the sampling frequency is 2fs and x in the equation (5) is 2. . FIG.
(A) has shown the impulse response example of an adaptive digital filter. 5 (a-1) has a sampling frequency of fs, FIG. 5 (a-2) has a sampling frequency of 2fs, and x = 1, FIG. 5 (a-3) has a sampling frequency of 2fs. And x = 2,
It is an example related to the present invention.

【0023】従来技術によればサンプリング周波数を2
fsにした場合、図5(a−2)のように、インパルス
レスポンスの時間間隔が1/2になり、調整すべきフィ
ルタ係数の数は2倍になる。この発明においては、図5
(a−3)に示すように、x=2おきに値を有し、それ
らの間では実質的に0にするため調整すべきフィルタ係
数の増加はない。
According to the prior art, the sampling frequency is set to 2
When fs is set, as shown in FIG. 5A-2, the impulse response time interval is halved, and the number of filter coefficients to be adjusted is doubled. In the present invention, FIG.
As shown in (a-3), there is a value at every x = 2, and there is no increase in the filter coefficient to be adjusted to substantially 0 between them.

【0024】図5(b)は、図5(a)に示したインパ
ルスレスポンスの相違に対する周波数応答の相違を示す
概念図である。図5(b−1)は図5(a−1)に対応
した周波数応答を示し、その処理帯域はfs/2以下で
ある。従来技術によれば図5(b−2)のようになり、
周波数応答はサンプリング周波数fsの場合と同様で、
処理帯域はfsまでのびる。
FIG. 5B is a conceptual diagram showing the difference in frequency response with respect to the difference in impulse response shown in FIG. 5A. FIG. 5 (b-1) shows the frequency response corresponding to FIG. 5 (a-1), and its processing band is fs / 2 or less. According to the conventional technique, it becomes as shown in FIG.
The frequency response is similar to the sampling frequency fs,
The processing band extends up to fs.

【0025】一方、この発明の場合は図5(b−3)に
示すように、図5(b−1)の特性をfs/2の周波数
で高周波側に折り返した周波数応答となる。能動制御の
対象とする物理現象量の周波数帯域がfs/2以下であ
るならば、図5(b−3)のfs/2以上の周波数域で
の特性は、問題にならない。従ってAD変換前のローパ
スフィルタでfs/2以上の周波数をカットして適応デ
ィジタルフィルタに入力すればよい。
On the other hand, in the case of the present invention, as shown in FIG. 5B-3, a frequency response is obtained by folding the characteristic of FIG. 5B-1 to the high frequency side at the frequency of fs / 2. If the frequency band of the amount of physical phenomenon targeted for active control is fs / 2 or less, the characteristic in the frequency range of fs / 2 or more in FIG. 5B-3 does not matter. Therefore, it suffices to cut the frequency of fs / 2 or more with the low-pass filter before AD conversion and input it to the adaptive digital filter.

【0026】また、適応ディジタルフィルタの処理帯域
は、周波数fsまであるため、DA変換後のローパスフ
ィルタはfs以上の周波数をカットすれば良いので、D
A変換後のローパスフィルタの遮断周波数はfsに上げ
ることができる。したがって、最小限の演算量の増加
で、DA変換後のローパスフィルタ部の遅延を少なくす
ることが可能になる。
Further, since the processing band of the adaptive digital filter is up to the frequency fs, the low-pass filter after DA conversion has only to cut the frequency of fs or higher.
The cutoff frequency of the low-pass filter after A conversion can be raised to fs. Therefore, it is possible to reduce the delay of the low-pass filter unit after DA conversion with a minimum increase in the amount of calculation.

【0027】さらに、fs/2以上の周波数について
は、それ以下の周波数域の特性が折り返されるため、フ
ィルタ係数の調整はサンプリング周波数fsで行っても
差し支えない。したがって、適応ディジタルフィルタの
フィルタ係数の逐次調整のための演算は、前記一定時間
間隔xおきに実行することが可能であり、その結果演算
量は削減されることになる。
Further, for frequencies above fs / 2, the characteristics in the frequency range below that are folded back, so the adjustment of the filter coefficient may be performed at the sampling frequency fs. Therefore, the calculation for the successive adjustment of the filter coefficient of the adaptive digital filter can be executed at the constant time intervals x, and as a result, the calculation amount can be reduced.

【0028】上述の手段を用いれば、サンプリング周波
数を上げることによる、演算量の増加を従来より少なく
抑えることができるが、この場合、低次のフィルタを用
いて遅延を小さくできるのは、DA変換後のローパスフ
ィルタだけであった。そこで、AD変換前のローパスフ
ィルタについてもより低次のフィルタで対応できるよう
にするため、適応ディジタルフィルタのインパルスレス
ポンスh(n)において、その絶対値の最も大きな時間n
の周辺についてのみその値を実質的0に固定することな
く、前記物理現象量を希望する量に近づけるように調整
する。
By using the above-mentioned means, it is possible to suppress an increase in the amount of calculation by increasing the sampling frequency as compared with the conventional case. In this case, however, the delay can be reduced by using the low-order filter because the DA conversion is performed. It was only a low pass filter later. Therefore, in order to enable the low-pass filter before AD conversion to be handled by a lower-order filter, in the impulse response h (n) of the adaptive digital filter, the time n having the largest absolute value is used.
The value of the physical phenomenon is adjusted to be close to a desired value without fixing the value to substantially 0 only in the vicinity of.

【0029】このとき、図5(b)におけるfs/2以
上の周波数においては物理現象量を制御しないという条
件で希望量が設定されたとするならば、実質的0の固定
を解除されたインパルスレスポンスの部分は、図5(b
−3)におけるfs/2以上の周波数帯域のゲインを低
下させる作用をする。その結果、AD変換前のローパス
フィルタ3の次数の低減が可能になる。
At this time, if the desired amount is set under the condition that the physical phenomenon amount is not controlled at the frequency of fs / 2 or more in FIG. 5B, the impulse response with the fixed value of substantially 0 is released. The part of FIG.
-3) It acts to reduce the gain in the frequency band of fs / 2 or more. As a result, the order of the low-pass filter 3 before AD conversion can be reduced.

【0030】前記物理現象を希望量に近づけるようにす
べてのフィルタ係数が調整される第1の適応ディジタル
フィルタと、その後段に第2の適応ディジタルフィルタ
を有し、この第2の適応ディジタルフィルタはその時間
nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間隔
xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0となる
ようにする場合の作用について次に述べる。
The first adaptive digital filter in which all the filter coefficients are adjusted to bring the physical phenomenon close to the desired amount and the second adaptive digital filter in the subsequent stage have the second adaptive digital filter. Next, the operation in the case where the impulse response h (n) at the time n has a value at every constant time interval x and becomes substantially 0 at the time between them will be described.

【0031】ここで言う第2の適応ディジタルフィルタ
は、図5(a−3)、(b−3)で示したものと同様の
作用を有する。第1の適応ディジタルフィルタは、図5
(b)におけるfs/2以上の周波数においては物理現
象量を制御しないと言う条件で希望量が設定されたとす
るならば、図5(b−3)におけるfs/2以上の周波
数帯域のゲインを低下させる作用を有する。その結果、
AD変換前のローパスフィルタ3の次数の低減が可能に
なる。第1の適応ディジタルフィルタと第2の適応ディ
ジタルフィルタの接続順序を入換えた信号処理構成を用
いてたばあいも同様の作用となる。
The second adaptive digital filter mentioned here has the same operation as that shown in FIGS. 5 (a-3) and 5 (b-3). The first adaptive digital filter is shown in FIG.
If the desired amount is set under the condition that the physical phenomenon amount is not controlled at the frequency of fs / 2 or more in (b), the gain of the frequency band of fs / 2 or more in FIG. 5B-3 is set. Has a reducing effect. as a result,
The order of the low-pass filter 3 before AD conversion can be reduced. When the signal processing configuration in which the connection order of the first adaptive digital filter and the second adaptive digital filter is switched is used, the same operation is performed.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態に係わ
る能動騒音制御装置の要部の構成を説明するためのブロ
ック図であり、図4に示した能動騒音制御装置における
適応ディジタルフィルタ12の部分の詳細な構成を示
し、その他の構成は図4と同様である。図1において、
(c)は本発明を従来技術との比較の上で説明するため
に示した従来技術における適応ディジタルフィルタの構
成であり、サンプリング周波数をfsとする。ディジタ
ルフィルタは複数の単位遅延ブロック14、乗算ブロッ
ク15、加算ブロック16からなり、リファレンス信号
u(n)を入力し、制御信号y(n)を出力する。この場合
の入出力関係は、
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration of a main part of an active noise control device according to an embodiment of the present invention. An adaptive digital filter in the active noise control device shown in FIG. The detailed configuration of the portion 12 is shown, and other configurations are the same as those in FIG. In FIG.
(C) is a configuration of an adaptive digital filter in the prior art shown for explaining the present invention by comparison with the prior art, and the sampling frequency is fs. The digital filter is composed of a plurality of unit delay blocks 14, multiplication blocks 15 and addition blocks 16, which inputs a reference signal u (n) and outputs a control signal y (n). The input / output relationship in this case is

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】で表される。aiはフィルタ係数であり、
Iはフィルタ長である。また、このときの単位遅延ブロ
ック14における遅延Tは1/fsである。
Is represented by a i is a filter coefficient,
I is the filter length. Further, the delay T in the unit delay block 14 at this time is 1 / fs.

【0035】一方、図1(a)は本発明に用いる適応デ
ィジタルフィルタの第1の実施形態の構成図であり、図
1(c)に示す従来例に対応する部分は同一符号で示
す。この場合のサンプリング周波数は2fsとなってお
り、したがって単位遅延ブロック14の遅延はT/2と
なる。図1(c)に示す従来例の場合と同様の周波数分
解能を維持するためにはフィルタ長は2I必要となる
が、図1(a)に示す本発明の第1の実施形態では、乗
算ブロック15のフィルタ係数を1つおきに0に固定す
ることにより、実質的にはこれに対応する乗算ブロック
が削除されている。このときの入出力関係は、
On the other hand, FIG. 1A is a block diagram of the first embodiment of the adaptive digital filter used in the present invention, and the portions corresponding to the conventional example shown in FIG. The sampling frequency in this case is 2 fs, and therefore the delay of the unit delay block 14 is T / 2. In order to maintain the same frequency resolution as in the case of the conventional example shown in FIG. 1C, a filter length of 2I is required. However, in the first embodiment of the present invention shown in FIG. By fixing every other 15 filter coefficients to 0, the corresponding multiplication block is virtually eliminated. The input / output relationship at this time is

【0036】[0036]

【数5】 (Equation 5)

【0037】で表される。したがって、入力u(n)から
出力y(n)を求めるための積和演算の数は図1(c)に
示す従来例の場合と同じであり、増加しない。この実施
形態は、先に述べた一定時間間隔xが2に相当するもの
である。
## EQU3 ## Therefore, the number of product-sum operations for obtaining the output y (n) from the input u (n) is the same as in the case of the conventional example shown in FIG. 1 (c) and does not increase. In this embodiment, the above-mentioned constant time interval x corresponds to 2.

【0038】フィルタ係数aiの更新に関する演算につ
いては、サンプリング周波数fsで実行する。図1
(a)に示す第1の実施形態では適応ディジタルフィル
タのサンプリング周波数を2fsとしているので、フィ
ルタ係数の更新は2回のサンプリングに対して1回行う
ことになる。フィルタ係数の更新は図4に示す係数更新
部13において、filtered-x LMS アルゴリズムを用
い、 ai(n+1)=ai(n)−αr(n−i)e(n) (8) で更新される。ここで、αは正の小さな値である。ま
た、r(n)は、
The calculation regarding the update of the filter coefficient a i is executed at the sampling frequency fs. FIG.
In the first embodiment shown in (a), the sampling frequency of the adaptive digital filter is set to 2fs, so the filter coefficient is updated once for every two samplings. The update of the filter coefficient is performed by the coefficient updating unit 13 shown in FIG. 4 using the filtered-x LMS algorithm, and a i (n + 1) = a i (n) -αr (ni) e (n) (8) To be done. Here, α is a small positive value. Also, r (n) is

【0039】[0039]

【数6】 (Equation 6)

【0040】で計算される。ここで、ck(k=0,・
・・、k−1)は、図4において適応ディジタルフィル
タ12の出力y(n)が係数更新部13まで伝播する過程
の伝達関数のインパルス応答である。式(8)、および
式(9)の演算は2回のサンプリングに1回行う。
Is calculated by Where c k (k = 0, ...
.., k-1) is the impulse response of the transfer function in the process in which the output y (n) of the adaptive digital filter 12 propagates to the coefficient updating unit 13 in FIG. The calculations of the equations (8) and (9) are performed once every two samplings.

【0041】図1(b)は本発明に用いる適応ディジタ
ルフィルタの第2の実施形態の構成図であり、サンプリ
ング周波数を3fsにしてフィルタ長を3Iとしたもの
である。この実施形態は、先に述べた一定時間間隔xが
3に相当するものである。このときの単位遅延ブロック
14の遅延はT/3となる。図1(b)に示す本発明の
第2の実施形態では、フィルタ係数は2つおきに値を有
し、その間の係数値は0に固定される。実質的にはフィ
ルタ係数値が0に対応する乗算ブロックは削除されてい
る。したがって、このときの入出力関係は、
FIG. 1B is a block diagram of the second embodiment of the adaptive digital filter used in the present invention, in which the sampling frequency is 3fs and the filter length is 3I. In this embodiment, the above-mentioned constant time interval x corresponds to 3. The delay of the unit delay block 14 at this time is T / 3. In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 1B, the filter coefficient has a value every two, and the coefficient value between them is fixed to zero. The multiplication block whose filter coefficient value is substantially 0 is deleted. Therefore, the input / output relationship at this time is

【0042】[0042]

【数7】 (Equation 7)

【0043】となる。フィルタ係数aiの更新に関する
演算については、サンプリング周波数fsで実行するの
で、フィルタ係数の更新は3回のサンプリングに対して
1回行うことになる。
It becomes Since the calculation related to the update of the filter coefficient a i is executed at the sampling frequency fs, the update of the filter coefficient is performed once for every three samplings.

【0044】図2は、本発明の第3の実施形態を示す構
成図である。図2では、図1(a)の構成においてもっ
とも絶対値の大きなフィルタ係数akの周辺に、フィル
タ係数値が0に対応するため削除されていた乗算ブロッ
クが、一部分復元され、使用されている。追加された乗
算ブロックにおけるフィルタ係数ak+1、ak+3も、その
他のフィルタ係数と同様に、誤差信号e(n)のパワーを
最小化するように、式(8)で更新する。もしくは図5
(b−3)におけるfs/2以上の周波数帯域の出力が
制御信号y(n)に含まれるのを、最小化するように調整
することもできる。
FIG. 2 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 2, the multiplication block that has been deleted because the filter coefficient value corresponds to 0 is partially restored and used around the filter coefficient a k having the largest absolute value in the configuration of FIG. . Like the other filter coefficients, the filter coefficients a k + 1 and a k + 3 in the added multiplication block are also updated by the equation (8) so as to minimize the power of the error signal e (n). Or Figure 5
It is also possible to adjust the output of the frequency band of fs / 2 or more in (b-3) to be included in the control signal y (n) so as to be minimized.

【0045】図3は、本発明の第4の実施形態を示す構
成図であり、図1(a)に示す適応ディジタルフィルタ
12と同一構成の適応ディジタルフィルタの前段に、フ
ィルタ係数の0固定を行わないもう一つの適応ディジタ
ルフィルタ17を設けたものであって、サンプリング周
波数2fsで動作する。
FIG. 3 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention, in which the filter coefficient is fixed to 0 before the adaptive digital filter having the same configuration as the adaptive digital filter 12 shown in FIG. 1 (a). It is provided with another adaptive digital filter 17 that does not operate, and operates at a sampling frequency of 2fs.

【0046】前段の適応ディジタルフィルタ17は、図
5(b−3)におけるfs/2以上の周波数の信号を、
制御信号y(n)から取り除く目的で設けられる。適応デ
ィジタルフィルタ12の出力y(n)からハイパスフィル
タ18によりfs/2以上の信号を抽出し、その抽出さ
れた信号w(n)を0に近づけるように、係数更新部19
において適応ディジタルフィルタ17のフィルタ係数b
jを逐次更新する。
The adaptive digital filter 17 in the preceding stage converts the signal having a frequency of fs / 2 or more in FIG.
It is provided for the purpose of removing from the control signal y (n). The high-pass filter 18 extracts a signal of fs / 2 or more from the output y (n) of the adaptive digital filter 12, and the coefficient updating unit 19 is arranged so that the extracted signal w (n) approaches 0.
At the filter coefficient b of the adaptive digital filter 17
Update j sequentially.

【0047】このときハイパスフィルタ18への入力
は、適応ディジタルフィルタ17の出力v(n)であって
もよいし、ホワイトノイズであってもよい。さらに、適
応ディジタルフィルタ12、および17は係数更新部1
3からも誤差信号e(n)のパワーを最小化するためのフ
ィルタ係数の更新を受ける。また、適応ディジタルフィ
ルタ12と17の、接続順序を入れ換えた構成をとるこ
ともできる。
At this time, the input to the high-pass filter 18 may be the output v (n) of the adaptive digital filter 17 or white noise. Further, the adaptive digital filters 12 and 17 are used by the coefficient updating unit 1.
3 also receives the update of the filter coefficient for minimizing the power of the error signal e (n). Further, the adaptive digital filters 12 and 17 may have a configuration in which the connection order is switched.

【0048】以上の実施形態は適応ディジタルフィルタ
としてFIR形フィルタを例にとったが、IIRフィル
タについても同様に0に固定するフィルタ係数を設定す
ることにより、同様に実施することができる。
In the above embodiment, the FIR type filter is taken as an example of the adaptive digital filter, but the IIR filter can be similarly implemented by setting the filter coefficient fixed to 0.

【0049】これら一連のフィルタ演算およびフィルタ
係数の更新演算は、マイクロプロセッサやディジタルシ
グナルプロセッサのプログラミング、もしくはフィルタ
演算専用ハードウェアによって処理される。
The series of filter operations and filter coefficient update operations are processed by programming of a microprocessor or a digital signal processor or by hardware dedicated to filter operations.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、物理現象量と相関を有
するリファレンス信号u(n)を入力して、これに適応信
号処理を施し、制御信号y(n)を出力することにより、
前記物理現象量を希望する量に近づけるようにする能動
制御において、前記信号処理がそのディジタルフィルタ
の時間nにおけるインパルスフィルタによって実行さ
れ、そのディジタルフィルタの時間nにおけるインパル
スレスポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、
その間の時間では実質的に0となるように前記インパル
スレスポンスの調整を行うことにより、式(5)におい
て適応ディジタルフィルタの出力y(n)を計算する際、
実質的0のインパルスレスポンスに対応するフィルタ係
数に関する積和演算を行わないようにしているため演算
量が少なくなる。
According to the present invention, a reference signal u (n) having a correlation with a physical phenomenon amount is input, adaptive signal processing is performed on the reference signal u (n), and a control signal y (n) is output.
In active control for bringing the amount of physical phenomenon closer to a desired amount, the signal processing is executed by an impulse filter at time n of the digital filter, and an impulse response h (n) at time n of the digital filter is constant time. Has a value at every interval x,
When the output y (n) of the adaptive digital filter is calculated in equation (5) by adjusting the impulse response so that it becomes substantially 0 in the time period between them,
Since the product-sum calculation regarding the filter coefficient corresponding to the impulse response of substantially 0 is not performed, the calculation amount is reduced.

【0051】従って、仮にサンプリング周波数を2倍に
上げても、一定時間間隔x=2とすれば適応ディジタル
フィルタのフィルタ係数の数は増加しないため、演算量
の増加を最小限度に抑制することができるとともに、D
A変換後のローパスフィルタの遮断周波数を上げること
ができるため、DA変換後のローパスフィルタ部の遅延
を少なくすることが可能になる。さらに、適応ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数の逐次調整のための演算は、
前記一定時間間隔xおきに実行することが可能であり、
その結果演算量は削減されることになる。
Therefore, even if the sampling frequency is doubled, the number of filter coefficients of the adaptive digital filter does not increase if the constant time interval x = 2, and therefore the increase in the amount of calculation can be suppressed to the minimum. Along with D
Since the cutoff frequency of the low pass filter after A conversion can be increased, it becomes possible to reduce the delay of the low pass filter unit after DA conversion. Furthermore, the calculation for the successive adjustment of the filter coefficient of the adaptive digital filter is
It is possible to execute every fixed time interval x,
As a result, the calculation amount is reduced.

【0052】適応ディジタルフィルタのインパルスレス
ポンスh(n)において、その絶対値の最も大きな時間n
の周辺についてのみその値を実質的0に固定することな
く、前記物理現象量を希望する量に近づけるように調整
することにより、実質的0の固定を解除されたインパル
スレスポンスの部分は、図5(b−3)におけるfs/
2以上の周波数帯域のゲインを低下させる作用をもたせ
るような調整が可能になるため、AD変換前のローパス
フィルタ3の次数の低減が可能になる。
In the impulse response h (n) of the adaptive digital filter, the time n of which the absolute value is the largest is n.
By adjusting the amount of the physical phenomenon to be close to a desired amount without fixing the value to substantially 0 only in the vicinity of, the portion of the impulse response in which the fixing of substantially 0 is released is shown in FIG. Fs / in (b-3)
Since it becomes possible to perform adjustment so as to have an effect of reducing the gain in two or more frequency bands, it is possible to reduce the order of the low-pass filter 3 before AD conversion.

【0053】前記物理現象量を希望量に近づけるように
すべてのフィルタ係数が調整される第1の適応ディジタ
ルフィルタと、その後段に第2の適応ディジタルフィル
タを有し、この第2の適応ディジタルフィルタはその時
間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間
隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0とな
るようにする場合、第1の適応ディジタルフィルタは、
図5(b)におけるfs/2以上の周波数においては物
理現象量を制御しないという条件で希望量が設定された
とするならば、図5(b−3)におけるfs/2以上の
周波数帯域のゲインを低下させる作用を有する。その結
果、AD変換前のローパスフィルタ3の次数の低減が可
能になる。また、第1の適応ディジタルフィルタと第2
の適応ディジタルフィルタの接続順序を入換えた信号処
理構成を用いてたばあいも同様の効果を有する。
The first adaptive digital filter in which all the filter coefficients are adjusted so that the physical phenomenon amount approaches the desired amount, and the second adaptive digital filter in the subsequent stage are provided, and the second adaptive digital filter is provided. If the impulse response h (n) at the time n has a value at every constant time interval x and becomes substantially 0 at the time between them, the first adaptive digital filter is
If the desired amount is set under the condition that the physical phenomenon amount is not controlled at the frequency of fs / 2 or more in FIG. 5B, the gain of the frequency band of fs / 2 or more in FIG. 5B-3 is set. Has the effect of reducing As a result, the order of the low-pass filter 3 before AD conversion can be reduced. In addition, the first adaptive digital filter and the second adaptive digital filter
When the signal processing structure in which the connection order of the adaptive digital filter is changed, the same effect is obtained.

【0054】上述したような、ローパスフィルタの次数
低減、もしくは遮断周波数の高域シフトは、フィルタ自
身の遅延を少なくするため、能動制御システムの信号処
理遅延を少なくする。その結果、図4に示すような能動
騒音制御に用いた場合ではマイクロホン2とスピーカ8
の距離を短縮することが可能になり、システム全体をコ
ンパクト化できる効果を有する。
The reduction of the order of the low-pass filter or the high-frequency shift of the cutoff frequency as described above reduces the delay of the filter itself, thereby reducing the signal processing delay of the active control system. As a result, when used for active noise control as shown in FIG.
The distance can be shortened, and the whole system can be made compact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態のブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施形態のブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第3の実施形態のブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.

【図4】 本発明を能動騒音制御装置に用いた場合の構
成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration when the present invention is used in an active noise control device.

【図5】 本発明の動作説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 ・・・ 適応ディジタルフィルタ 13 ・・・ 係数更新部 14 ・・・ 単位遅延ブロック 15 ・・・ 乗算ブロック 16 ・・・ 加算ブロック 17 ・・・ 適応ディジタルフィルタ 19 ・・・ 係数更新部 12 ・ ・ ・ Adaptive digital filter 13 ・ ・ ・ Coefficient updating unit 14 ・ ・ ・ Unit delay block 15 ・ ・ ・ Multiplication block 16 ・ ・ ・ Adding block 17 ・ ・ ・ Adaptive digital filter 19 ・ ・ ・ Coefficient updating unit

───────────────────────────────────────────────────── 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 H03H 21/00 9274−5J H03H 21/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location H03H 21/00 9274-5J H03H 21/00

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物理現象量と相関を有するリファレンス
信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を施し、制
御信号y(n)を出力することにより、前記物理現象量を
希望する量に近づけるようにする能動制御装置におい
て、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信号処理
を施す適応ディジタルフィルタ手段と、該適応ディジタ
ルフィルタ手段の時間nにおけるインパルスレスポンス
h(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、その間の時間
では実質的に0となるように前記インパルスレスポンス
h(n)を調整する調整手段とを設けたことを特徴とする
能動制御装置。
1. A desired physical quantity is obtained by inputting a reference signal u (n) having a correlation with the physical quantity, subjecting it to adaptive signal processing, and outputting a control signal y (n). In an active control device for making the amount close to the quantity, an adaptive digital filter means for performing adaptive signal processing on the reference signal u (n), and an impulse response h (n) of the adaptive digital filter means at time n are constant times. An active control apparatus comprising: an adjusting unit that adjusts the impulse response h (n) so that it has a value at every interval x and becomes substantially 0 at a time interval therebetween.
【請求項2】 前記調整手段による適応ディジタルフィ
ルタのインパルスレスポンスh(n)の調整が、その絶対
値の最も大きな時間nの周辺についてのみその値を実質
的0に固定することなく、前記物理現象量を希望する量
に近づけるように調整されることを特徴とする請求項1
記載の能動制御装置。
2. The adjustment of the impulse response h (n) of the adaptive digital filter by the adjusting means does not fix the value to substantially 0 only around the time n having the largest absolute value, and the physical phenomenon The amount is adjusted so that the amount approaches a desired amount.
The active control device described.
【請求項3】 物理現象量と相関を有するリファレンス
信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を施し、制
御信号y(n)を出力することにより、前記物理現象量を
希望する量に近づけるようにする能動制御装置におい
て、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信号処理
を施し、物理現象量を希望量に近づけるように調整され
る第1及び第2の適応ディジタルフィルタ手段と、前記
第1或いは第2のいずれかの適応ディジタルフィルタ手
段は、時間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一
定時間間隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的
に0となるように調整する調整手段とを設けたことを特
徴とする能動制御装置。
3. The physical phenomenon quantity is desired by inputting a reference signal u (n) having a correlation with the physical phenomenon quantity, subjecting it to adaptive signal processing, and outputting a control signal y (n). First and second adaptive digital filter means for performing adaptive signal processing on the reference signal u (n) to adjust the physical phenomenon quantity to a desired quantity And either the first or the second adaptive digital filter means, the impulse response h (n) at the time n has a value at every constant time interval x, and becomes substantially 0 at the time between them. An active control device, characterized in that adjustment means for adjusting is provided.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017040895A (en) * 2015-08-23 2017-02-23 株式会社河合楽器製作所 Acoustic effect imparting device
JP2022129337A (en) * 2021-02-24 2022-09-05 中原大學 Design method of feed-forward type active noise control system with analog filter
JP2022129338A (en) * 2021-02-24 2022-09-05 中原大學 Method for designing feedforward type active noise control system

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