JPH10187201A - 適応型能動的消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、マイクロホンの入力パワー及
びスピーカの出力パワーを算出し、どのような異常が発
生しているかを検知して適切な処理を行ない、再び正常
な制御に復活させる適応型能動的消音装置を提供するこ
とにある。 【解決手段】本発明はダクト１内の伝搬騒音を検出する
第１マイクロホン２の入力パワーＰ₁ 、ダクト１内の消
音状況を検出する第２マイクロホン６の入力パワーＰ
₂ 、ダクト１内に消音用音波を放射するスピーカ７の出
力パワーＰ_out を算出し、Ｐ₂ ／Ｐ₁ を基準値と比較
し、Ｐ_out を基準値と比較し、異常を検知したら異常を
処理してスピーカ７から放射する消音用音波を計算する
消音用音波発生回路３を制御するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダクト内騒音の伝搬
通路内において騒音と同音圧逆位相の音波を放射して騒
音の消音を行う能動的消音装置に係り、特に様々な原因
により制御が悪化する異常に対して適切に処置を行なう
適応型能動的消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダクト内を伝搬する騒音を消音す
る一つの方法として、ダクトに内貼りした吸音材によっ
て吸音する方法など、受動的な消音方法が取られてきた
が、圧力損失や大きさなどの問題点を抱えている。

【０００３】一方、ダクト内伝搬騒音の音波に対して同
音圧逆位相の音波を同時にダクト内に放射して、両音波
の干渉によって消音を行なう能動的消音装置の研究が盛
んに行なわれている。

【０００４】図６は従来の能動的消音装置を示す構成説
明図である。すなわち、ダクト１内を伝搬する騒音は第
１マイクロホン２によって第１マイク入力信号ｘ（ｔ）
が検出され、この第１マイク入力信号ｘ（ｔ）は消音用
音波発生回路３の適応ディジタルフィルタ４および適応
制御アルゴリズム５に入力される。

【０００５】一方、第２マイクロホン６によって第２マ
イク入力信号ｅ（ｔ）が検出され、この第２マイク入力
信号ｅ（ｔ）は消音用音波発生回路３の適応制御アルゴ
リズム５に入力される。

【０００６】前記消音用音波発生回路３では、第１マイ
クロホン２から得られたダクト１内伝搬騒音に対して単
に同音圧逆位相の音波を放射する電気信号を作成するわ
けではない。消音用スピーカ７が設置されている箇所で
のダクト１内騒音の音波に対してその時最適な消音用音
波を放射できるように消音用信号を作成するために、次
のような演算を行なう。

【０００７】（イ） システムでは音波がダクト１内を
伝搬したり信号が回路内を通過するときに時間遅延や周
波数特性の変化などそれぞれ固有な伝達関数の影響を受
けるので、その伝達関数を補正する演算を行なう。

【０００８】（ロ） 第１マイクロホン２の第１マイク
入力信号ｘ（ｔ）及び第２マイクロホン６の第２マイク
入力信号ｅ（ｔ）から適応制御アルゴリズム５に基づい
て第２マイクロホン６からの第２マイク入力信号ｅ
（ｔ）をゼロに近付けるような（つまり消音が効果的に
行なわれるような）係数を算出する。その係数を適応デ
ィジタルフィルタ４のフィルタ係数として、第１マイク
ロホン２からの第１マイク入力信号ｘ（ｔ）に畳み込ん
で消音用電気信号を作成する演算を行なう。

【０００９】消音用音波発生回路３で作成された消音用
電気信号は消音用スピーカ７を駆動し、消音用スピーカ
７は前記消音用電気信号を消音用音波に変換してダクト
１内に放射する。

【００１０】このように、ダクト１内伝搬騒音の音波に
対して同音圧逆位相の消音用音波を同時にダクト１内に
放射して両音波を干渉させることによってダクト１内を
伝搬する騒音を消音する。

【００１１】消音用スピーカ７から消音用音波を放射す
ることでダクト１内伝搬騒音を消音する能動的消音装置
は、適応制御アルゴリズム５に基づいて逆位相音を作成
するため、ダクト１内音場の変化や外部からの騒音混入
などにより適応制御が発散してしまう可能性がある。

【００１２】この場合、消音用スピーカ７からは異常音
が発生され、消音装置下流側には大きな音が伝搬され、
消音装置が騒音源となる場合もある。消音用音波発生回
路３自体は制御の異常を自己診断できないため、他に異
常回避の機能を持たせる必要があるが、従来の異常検知
方法では、どのような異常が発生しているのかまで検知
することができず、適切な処理を施せなかった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、２つのマイクロホンの入力パワ
ーおよびスピーカの出力パワーを算出し、どのような異
常が発生しているかを検知して適切な処理を行ない、再
び正常な制御に復活させる適応型能動的消音装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の適応型能動的消音装置は、ダクト内の伝搬騒
音を検出する第１マイクロホンと、前記ダクト内に消音
用音波を放射するスピーカと、前記ダクト内の消音状況
を検出する第２マイクロホンと、前記第１マイクロホン
及び前記第２マイクロホンの入力信号が加えられ前記ス
ピーカから放射する消音用音波を計算するコントローラ
とよりなる能動的消音装置において、前記第１マイクロ
ホンの入力パワーＰ₁ を算出する第１の算出手段と、前
記第２マイクロホンの入力パワーＰ₂ を算出する第２の
算出手段と、前記スピーカの出力パワーＰ_out を算出す
る第３の算出手段と、前記入力パワーＰ₂ とＰ₁ の比Ｐ
₂／Ｐ₁ を基準値と比較して異常を検知する第１の比較
手段、もしくは前記出力パワーＰ_out を基準値と比較し
て異常を検知する第２の比較手段と、前記第１の比較手
段もしくは前記第２の比較手段の比較により異常を検知
したら異常を処理する異常処理手段とを具備することを
特徴とするものである。

【００１５】また本発明の適応型能動的消音装置は、前
記第１の算出手段、前記第２の算出手段、及び前記第３
の算出手段は次式を用いてディジタル演算することを特
徴とするものである。

【００１６】σ（ｔ）＝αｚ² （ｔ）＋（１−α）σ
（ｔ−１） ここで、ｚ（ｔ）はパワーを求めたい信号、σ（ｔ）は
パワーＰ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ_out 、αは忘却係数。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
例に係る適応型能動的消音装置を示す構成説明図、図２
は本発明に係る制御の短期異常の一例を示す特性図、図
３は本発明に係る制御の長期異常の一例を示す特性図で
ある。図中、１はダクト、２はダクト１内の伝搬騒音を
検出する第１マイクロホン、３は消音用音波を計算する
コントローラの消音用音波発生回路であり図６に示すよ
うに適応ディジタルフィルタ４および適応制御アルゴリ
ズム５より構成される。６は消音状況を検出する第２マ
イクロホン、７は消音用音波を放射する消音用スピー
カ、１０は異常判断処理回路、１１はパワー算出回路、
１２はパワー算出回路、１３は比較回路、１４は異常カ
ウンタ、１５は異常処理回路、１６はパワー算出回路、
１７は比較回路、１８は異常カウンタ、１９はパワー算
出回路、２０は比較回路、２１は異常カウンタ、２２は
タイマー、２３は定期点検回路、２４はＡ／Ｄ（アナロ
グ／ディジタル）変換器、２５はＤ／Ａ（ディジタル／
アナログ）変換器、２６はＡ／Ｄ（アナログ／ディジタ
ル）変換器である。

【００１８】このような適応型能動的消音装置では、第
１マイクロホン２の第１マイク入力信号ｘ（ｔ）及び第
２マイクロホン６の第２マイク入力信号ｅ（ｔ）より、
式（１）に基づき収束係数μの割合で消音用音波発生回
路３の適応ディジタルフィルタ４の係数ｗ（ｉ）を更新
する。 ｗ_n （ｉ）＝ｗ₀ （ｉ）＋μｅ（ｔ）ｘ（ｔ−ｉ）……………………（１） したがって、更新される適応ディジタルフィルタ４の係
数ｗ（ｉ）の量は第１マイク入力信号ｘ（ｔ）、第２マ
イク入力信号ｅ（ｔ）、収束係数μの大きさに依存す
る。第１マイク入力信号ｘ（ｔ）、第２マイク入力信号
ｅ（ｔ）は、騒音源から放射される騒音の大きさで変化
するが、収束係数μは制御パラメータとして制御開始時
にそのときの第１マイク入力信号ｘ（ｔ）にあわせて設
定する。第１マイク入力信号ｘ（ｔ）、第２マイク入力
信号ｅ（ｔ）の大きさに対して、収束係数μの設定値が
大きいと、適応ディジタルフィルタ４の係数ｗ（ｉ）の
更新量が大きくなり、適応速度は速くなるが、あまり収
束係数μが大きすぎると発散してしまう。また、収束係
数μが小さすぎると、逆に適応速度が遅くなり、ダクト
１内の音響変化に追従できなくなる。

【００１９】本発明では、次の３つの異常を区別して検
知し、適切な処置を行なうことを特徴とする。 ［短期異常］…突発的な外乱等の混入により制御が発散
し生じる急激な減音効果の悪化、さらにはスピーカ７か
らの異常音放射。

【００２０】たとえば、ダクト１のファンの運転状況が
変化して騒音が増加したことを考える。図２に示すよう
に、第１マイクロホン２の第１マイク入力信号ｘ（ｔ）
が６０［ｄＢ］から８０［ｄＢ］にあがると、第２マイ
クロホン６の第２マイク入力信号ｅ（ｔ）も４５［ｄ
Ｂ］から６５［ｄＢ］に上昇する。

【００２１】式（１）において、第１マイク入力信号ｘ
（ｔ）、第２マイク入力信号ｅ（ｔ）共に大きくなるた
め、消音用音波発生回路３の適応ディジタルフィルタ４
の係数ｗ（ｉ）の更新量が大きくなり過ぎ、図２に示す
ように急激に制御が発散する。このとき、スピーカ７か
らは非常に大きな音が放射され、元の付加騒音源より大
きな音が下流側に伝搬する可能性もある。

【００２２】［長期異常］…ダクト１系の微妙な変化に
適応制御が追従できずに生じる緩やかな減音効果の悪
化。たとえば、ダクト１内の温度が変化し、ダクト１内
の音速が変化したことを考える。

【００２３】図３に示すように、第１マイクロホン２の
第１マイク入力信号ｘ（ｔ）がほとんど変化しないにも
かかわらず、第２マイクロホン６の第２マイク入力信号
ｅ（ｔ）は制御が適応せず、緩やかに減音量が悪化す
る。

【００２４】音速が変化すると、第１マイクロホン２か
らスピーカ７まで騒音が到達する時間が変化するため、
消音用音波発生回路３の適応ディジタルフィルタ４の係
数ｗ（ｉ）を更新しなければならない。しかし、もし収
束係数μが第１マイク入力信号ｘ（ｔ）、第２マイク入
力信号ｅ（ｔ）の大きさに対して小さすぎる場合、その
更新量は小さく、なかなかダクト１内の音速に追従しな
いことになる。この場合、消音効果は緩やかに悪化して
いく。

【００２５】［出力異常］…制御が正常に行なわれてい
てもスピーカ７の出力パワーＰ_outがその許容量を越え
た場合などに生じるスピーカ７からの異常音放射。 以下、図１にしたがって、制御異常処理の例をパワーの
測定、異常の判断、異常処理、および定期点検にわけて
説明する。

【００２６】まずパワーの測定について説明する。すな
わち、Ａ／Ｄ変換器２４の直後にパワー算出回路１１を
設置し、Ａ／Ｄ変換器２６の直後にパワー算出回路１
２，１６を設置し、Ｄ／Ａ変換器２５の直前にパワー算
出回路１９を設置する。前記各パワー算出回路１１，１
２，１６，１９はそれぞれ１次ＩＩＲフィルタを用いた
式（２）に基づくディジタル演算による移動平均を行な
うものとする。 σ（ｔ）＝αｚ² （ｔ）＋（１−α）σ（ｔ−１）………………………（２） 式（２）において、ｚ（ｔ）はパワーを求めたい信号、
σ（ｔ）は算出信号パワー（Ｐ₁ ，Ｐ_2sht，Ｐ_2lng，Ｐ
_out など）、αは忘却係数（Ｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇ Ｆ
ａｃｔｏｒ）であり、忘却係数αの値を適切に設定する
ことで、急激なパワー変化や緩慢なパワー変化を検出す
ることができる。例えば、第２マイクロホン６の入力パ
ワーとして、Ｐ_2sht（αはほぼ１）とＰ_2lng（αはほぼ
０）を別に算出することで急激な制御発散と緩やかな制
御発散を区別して検出し、それぞれの発散に適した処理
を行なうことができる。

【００２７】パワー算出回路１１には第１マイクロホン
２の第１マイク入力信号ｘ（ｔ）がＡ／Ｄ変換器２４を
介して加えられて第１マイクロホン２の入力パワーＰ₁
が算出される。

【００２８】パワー算出回路１２は第２マイクロホン６
の第２マイク入力信号ｅ（ｔ）がＡ／Ｄ変換器２６を介
して加えられて第２マイクロホン６の入力短期パワーＰ
_2shtを算出する。

【００２９】パワー算出回路１６は第２マイクロホン６
の第２マイク入力信号ｅ（ｔ）がＡ／Ｄ変換器２６を介
して加えられて第２マイクロホン６の入力長期パワーＰ
_2lngを算出する。

【００３０】パワー算出回路１９は消音用音波発生回路
３からの消音用音波信号が加えられてスピーカ７の出力
パワーＰ_out を算出する。次に、異常の判断について説
明する。

【００３１】すなわち、能動的消音装置による減音量の
パワー比であるＰ_2sht／Ｐ₁ ，Ｐ_2lng／Ｐ₁ の値を減音
量の基準値と比較することで制御の異常を検知すること
ができる。またスピーカ７の出力パワーＰ_out を、スピ
ーカ７の出力許容量などの基準値と比較することでスピ
ーカ７の異常音出力を検知することができる。

【００３２】比較回路１３はパワー算出回路１１からの
入力パワーＰ₁ とパワー算出回路１２からの入力短期パ
ワーＰ_2shtとが入力され、Ｐ_2sht／Ｐ₁ と短期異常基準
値Ｐ_0shtとが比較されてＰ_2sht／Ｐ₁ ＞短期異常基準値
Ｐ_0shtの正誤により制御の急激な悪化である短期異常を
判断する。

【００３３】比較回路１７はパワー算出回路１１からの
入力パワーＰ₁ とパワー算出回路１６からの入力長期パ
ワーＰ_2lngとが入力され、Ｐ_2lng／Ｐ₁ と長期異常基準
値Ｐ_0lngとが比較されてＰ_2lng／Ｐ₁ ＞長期異常基準値
Ｐ_0lngの正誤により制御の緩やかな悪化である長期異常
を判断する。

【００３４】比較回路２０はパワー算出回路１９からの
スピーカ７の出力パワーＰ_out が入力され、スピーカ７
の出力パワーＰ_out とスピーカ異常基準値Ｐ_0outとが比
較されてＰ_out ＞スピーカ異常基準値Ｐ_0outの正誤によ
りスピーカ異常出力である出力異常を判断する。

【００３５】次に、異常の処理について説明する。すな
わち、異常の種類に応じて次の３つの処理を組み合わせ
て異常処理を行なう。

【００３６】（イ） 制御に必要な伝達関数の再同定 制御に必要な伝達関数が変化している場合、制御を再開
しても再び異常が発生する。そこで、制御に必要になる
伝達関数を同定し直す。

【００３７】（ロ） 収束係数μの再設定 短期異常は、収束係数μが大きすぎて適応制御が発散し
た場合に起こる。そこで、収束係数μを小さくする。

【００３８】長期異常は、収束係数μが小さすぎて適応
制御が間に合っていない場合に起こる。そこで、収束係
数μを大きくする。 （ハ） 適応ディジタルフィルタのスケールダウン 出力異常は、なにかの原因により消音用音波発生回路３
の適応ディジタルフィルタ４が大きくなり過ぎた場合に
起こる。そこで、適応ディジタルフィルタ４をスケール
ダウンする。

【００３９】比較回路１３の判断結果が正で短期異常と
判断されたとき、異常カウンタ１４がインクリメントさ
れ、さらに、異常処理回路１５において短期異常に応じ
た制御に必要な伝達関数の再同定、制御収束係数μのア
ップを行なう。

【００４０】比較回路１７の判断結果が正で長期異常と
判断されたとき、異常カウンタ１８がインクリメントさ
れ、さらに、異常処理回路１５において長期異常に応じ
た制御に必要な伝達関数の再同定、制御収束係数μのダ
ウンを行なう。

【００４１】比較回路２０の判断結果が正で出力異常と
判断されたとき、異常カウンタ２１がインクリメントさ
れ、さらに、異常処理回路１５において出力異常に応じ
た消音用音波発生回路３の適応ディジタルフィルタ４の
係数ｗ（ｉ）のスケールダウン、制御に必要な伝達関数
の再同定を行なう。

【００４２】尚、異常処理回路１５は、異常カウンタ１
４，１８，２１が異常許容回数を越えた場合に消音用音
波発生回路３及びダクト１のファンの運転を停止させ
る。次に、定期点検について説明する。

【００４３】すなわち、タイマー２４から、定期的に定
期点検回路２３を稼働し、制御に必要な伝達関数の再同
定、制御収束係数μの再設定等の制御の点検を行なう。
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係る短期異常の
異常処理の一例を示す特性図であり、付加音源の増加に
より急激な発散が起こった場合の異常処理である。

【００４４】図４（ａ）は第１マイクロホン２の第１マ
イク入力信号ｘ（ｔ）及び第２マイクロホン６の第２マ
イク入力信号ｅ（ｔ）の入力レベルの一例であり、図４
（ｂ）はパワー算出回路１１，１２，１６の算出信号パ
ワーＰ₁ ，Ｐ_2sht，Ｐ_2lngの一例であり、図４（ｃ）は
比較回路１３により、Ｐ_2sht／Ｐ₁ と短期異常基準値Ｐ
_0shtとが比較されてＰ_2sht／Ｐ₁ ＞短期異常基準値Ｐ
_0shtが正で短期異常と判断されたとき短期異常検知とな
り、異常処理回路１５において短期異常に応じた制御に
必要な伝達関数の再同定、制御収束係数μのアップの異
常処理を行って後、制御を再開する。この場合、比較回
路１７におけるＰ_2lng／Ｐ₁ ＞長期異常基準値Ｐ_0lngは
誤であり長期異常でないと判断する。

【００４５】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係
る長期異常の異常処理の一例を示す特性図であり、温度
変化などによりダクト１内音速が変化した場合の異常処
理である。

【００４６】図５（ａ）は第１マイクロホン２の第１マ
イク入力信号ｘ（ｔ）及び第２マイクロホン６の第２マ
イク入力信号ｅ（ｔ）の入力レベルの一例であり、図５
（ｂ）はパワー算出回路１１，１２，１６の算出信号パ
ワーＰ₁ ，Ｐ_2sht，Ｐ_2lngの一例であり、図５（ｃ）は
比較回路１７により、Ｐ_2lng／Ｐ₁ と長期異常基準値Ｐ
_0lngとが比較されてＰ_2lng／Ｐ₁ ＞長期異常基準値Ｐ
_0lngが正で長期異常と判断されたとき長期異常検知とな
り、異常処理回路１５において長期異常に応じた制御に
必要な伝達関数の再同定、制御収束係数μのダウンの異
常処理を行って後、制御を再開する。この場合、比較回
路１３におけるＰ_2sht／Ｐ₁ ＞短期異常基準値Ｐ_0shtは
誤であり短期異常でないと判断する。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、２つ
のマイクロホンの入力パワーおよびスピーカの出力パワ
ーを算出し、どのような異常が発生しているかを検知し
て適切な処理を行ない、再び正常な制御に復活させる適
応型能動的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】本発明の一実施形態例に係る適応型能動的消音
装置を示す構成説明図である。

【図２】本発明に係る制御の短期異常の一例を示す特性
図である。

【図３】本発明に係る制御の長期異常の一例を示す特性
図である。

【図４】本発明に係る短期異常の異常処理の一例を示す
特性図である。

【図５】本発明に係る長期異常の異常処理の一例を示す
特性図である。

【図６】従来の能動的消音装置を示す構成説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ダクト ２ 第１マイクロホン ３ 消音用音波発生回路 ４ 適応ディジタルフィルタ ５ 適応制御アルゴリズム ６ 第２マイクロホン ７ 消音用スピーカ １０ 異常判断処理回路 １１ パワー算出回路 １２ パワー算出回路 １３ 比較回路 １４ 異常カウンタ １５ 異常処理回路 １６ パワー算出回路 １７ 比較回路 １８ 異常カウンタ １９ パワー算出回路 ２０ 比較回路 ２１ 異常カウンタ ２２ タイマー ２３ 定期点検回路 ２４ Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器 ２５ Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器 ２６ Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内の伝搬騒音を検出する第１マイ
   クロホンと、 前記ダクト内に消音用音波を放射するスピーカと、 前記ダクト内の消音状況を検出する第２マイクロホン
   と、 前記第１マイクロホン及び前記第２マイクロホンの入力
   信号が加えられ前記スピーカから放射する消音用音波を
   計算するコントローラとよりなる能動的消音装置におい
   て、 前記第１マイクロホンの入力パワーＰ₁ を算出する第１
   の算出手段と、 前記第２マイクロホンの入力パワーＰ₂ を算出する第２
   の算出手段と、 前記スピーカの出力パワーＰ_out を算出する第３の算出
   手段と、 前記入力パワーＰ₂ とＰ₁ の比Ｐ₂ ／Ｐ₁ を基準値と比
   較して異常を検知する第１の比較手段、もしくは前記出
   力パワーＰ_out を基準値と比較して異常を検知する第２
   の比較手段と、 前記第１の比較手段もしくは前記第２の比較手段の比較
   により異常を検知したら異常を処理する異常処理手段と
   を具備することを特徴とする適応型能動的消音装置。
2. 【請求項２】 第１の算出手段、第２の算出手段、及び
   第３の算出手段は次式を用いてディジタル演算すること
   を特徴とする請求項１記載の適応型能動的消音装置。 σ（ｔ）＝αｚ² （ｔ）＋（１−α）σ（ｔ−１） ここで、ｚ（ｔ）はパワーを求めたい信号、 σ（ｔ）はパワーＰ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ_out 、 αは忘却係数。