JPH0335295A

JPH0335295A - 消音装置

Info

Publication number: JPH0335295A
Application number: JP1169554A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Nagayasu; 克芳長安
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-15
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JP3038687B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、消音装置に係ｈｍ特に状況に応じて係数を自
動変更し、最適な状態で消音する消音装置に関する。

（従来の技術）従来、ある位置での騒音を低減するための装置として、
その位置における騒音とは逆相で、大きさの等しい音波
を人工的に発生させ、この人工的に作った音と騒音とを
干渉させることによって騒音を能動的に打ち消すように
した消音装置が知られている。

第６図に（よ機器で発生した騒音が部屋の出入り口から
外部へ漏れるのを防止するために、消音装置を使って出
入り口での騒音を打ち消すようにした例が示されている
。すなわち、図中１は騒音を発生する機器を示し、２は
機器１が設置されている部屋を示し、３は部屋２の出入
り口を示し、４は消音装置を示している。

消音装置４は、通常、機器１が発生した騒音をセンサ、
たとえばマイクロンホン１０で検出し、この検出信号を
増幅器１１、Ａ／Ｄ変換器１２を介して信号処理装置１
３に与え、この信号処理装置１３で加工した信号をＤ／
Ａ変換器１４を介して出入り口３の近傍に配置された制
御用発音器、たとえばスピーカ１５に与える構成となっ
ている。

信号処理装置１３には、マイクロホン１０で検出された
音を使って出入り口３での音を最小にするための係数列
（インパルスレスポンス）が計算値として予めセットさ
れている。そして、信号処理装置１３は、人力信号に上
記係数列を掛けて得られた信号を出力するようにしてい
る。

この出ノノｙ　（ｎ）は、ただし、ｈ　（ｉ）は係数列、Ｘ（ｎ−１）は入力信号
（マイクロホン１０からの信号）ｉ番目の直近サンプル
データと表せる。

このような消音装置４を使うことによって、出入り口３
での騒音を能動的に打ち消すことができ、機器１で発生
した騒音が出入り口３から外部に漏れるのを防止するこ
とができる。

しかし、係数列の算出基準となる各音響伝達関数は常に
一定とは限らない。この音響伝達関数は、第６図中にＸ
で示す伝達経路の温度変化や、スピーカ１５の特性変化
や、機器１の特性変化などで変化する。たとえば、第７
図（ａ）に示すように機器１で発生した熱で部屋２内の
温度が上昇すると音速が変わる。このように音速が変わ
ると、音響伝達関数が変化する。また、第７図（ｂ）に
示すようにスピーカ１５に通電し続けると巻線温度が上
昇して抵抗値が変化し出力が変わる。これよっても音響
伝達関数が変化する。さらに、第７図（ｃ）に示すよう
に運転時間の経過とともに機器１での騒音発生位置が変
わると、これに伴って音響伝達関数が変化する。

このように、音響伝達関数が変化すると、消音を良好に
行うことができなくなる。したがって、良好な消音を実
現するには音響伝達関数の変化に伴わせて係数列の値そ
のものを変更する必要がある。

そこで、このような問題に対処して最近では、出入り口
３に別のマイクロホン１６を設置し、このマイクロホン
１６の出力が零になるように係数列の変更を自動的に行
なうようにした、いわゆる適応能動制御機能を備えた消
音装置が提案されている。

この適応能動制御機能を備えた消音装置は、（２）式に
したがって係数列の変更を一定期間毎に行っている。

ｈ（ｉ）　ｍ１ｌｌ　−ｈ（１）　１１１１１　＋Ｋｅ
Ｘ　（ｎ　　ｌ）・・・（２）ここで、ｈ　（１）　、、、は更新後のｉ番目のＦＩＲ
フィルタ係数（インパルスレスポンス）ｈ（１）。目は
更新前のｉ番目のＦＩＲフィルタ係数（インパルスレス
ポンス）、Ｋはｈの変更率を定める定数、ｅは誤差信号
（マイクロホン１６からの信号）、Ｘ（ｎ−ｉ）は人力
信号（マイクロホン１０からの信号）ｉ番目の直近サン
プルデータ、である。

しかしながら、上記のように適応能動制御機能を備えた
消音装置にあっても次のような問題があった。この消音
装置では、通常、係数列の変更を一定期間毎に行うとと
もに、（２）式中のＫの値を一定にして動作させる方式
を採用している。Ｋの値を一定にしているのは、Ｋの値
を変化させる基準が明確でないと言うことによる。しか
し、Ｋの値を一定にしておくと次のような問題を生じる
ことがあった。すなわち、音響伝達関数を決定する物理
系の変化の時定数とＫによるｈの変化の時定数とが同程
度の場合には発振する。また、物理系の変化の時宝数に
対してＫによるｈの変化の時定数が大きい場合には、物
理系の変化に追従した制御ができないことになる。また
、Ｋを大きくしてｈの変化の時定数を非常に小さくする
と、制御の安定性が悪くなる。また、予め物理系の変化
が緩やかであることが判明しているときには、Ｋの値を
小さくする必要があるが、Ｋの値を非常に小さくすると
ビット落ち等の点から信号を処理する上で問題が生じる
。したがって、Ｋの値をどの程度に設定するかの選択が
極めて困難であった。また、従来の装置では、一定期間
毎に係数列の変更を行っているが、上記期間を短くして
変更を頻繁に行い過ぎると制御系の安定性が悪くなｈｍ
また上記期間を長くして変更頻度を小さくすると、音響
伝達関数の変化に追従できなくなる問題もあった。

さらに、従来の装置では、係数同定過程が終了し、収束
した後に外来音が入射すると、誤動作して係数の変更を
行ってしまい、消音効果が減少すると言う問題もあった
。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の適応能動制御機能を備えた消音装置
にあっては、係数列の変更率、すなわち制御系の収束率
を常に一定としているため、運転状態・モードによって
は、制御系の安定性および収束性が悪化する問題があっ
た。

そこで本発明は、運転条件・モードに対応させて制御系
の収束率変更を効率よく適切に行なうことができ、常に
安定した消音制御を行える消音装置を提供することを目
的としている。また、係数同定後には、外乱音などで誤
動作して係数変更を行うことがなく、安定した適応能動
消音制御を行う消音装置を提供することを目的としてい
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明に係る消音装置では、
予め定められた条件にしたがって係数を適応的に変化さ
せる適応能動制御と係数固定の能動制御とに切換えるこ
とによって制御の収束率を調整するようにしている。

ここで、予め定められた条ｆ牛とは、たとえば運転条件
・モードによって決定される係数更新の頻度や騒音発生
源である機器の運転開始時点からの経過時間によって決
定される係数更新の頻度を意味している。

（作　用）通常の適応能動消音制御では、前記した（２〉式にした
がって一定期間毎に係数の更新が行なわれる。本発明に
係る消音装置では、運転条件・モトによって係数更新の
頻度を変えている。このことによって、係数更新時の収
束率Ｋを実質的に変更していることと同等になる。した
がって、運転条件・モードに対応させて自動的に最適な
収束率が選定され、安定性・収束性の両方を満足する適
応能動消音制御が実現される。また、係数同定後には、
外乱音などで誤動作して係数変更を行うことがなく、安
定した適応能動消音制御が実現される。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る消音装置２１を使っ
て機器１で発生した騒音が部屋２の出入り口３から外部
へ漏れ出すのを防止するようにした例の概略構成が示さ
れている。

消音装置２１は次のように構成されている。すなわち、
機器１が発生している騒音または振動を機器１の近傍に
配置された、た゛とえば加速度ピックアップやマイクロ
ンホン等のセンサ２２で電気信号に変換し、この信号を
増幅器２３、Ａ／Ｄ変換器２４を介して信号処理装置２
５に導入している。一方、消音対象点である出入り口３
に制御結果の誤差分を検出するマイクロホン２６を配置
し、このマイクロホン２６の出力を増幅器２７、Ａ／Ｄ
変換器２８を介して信号処理装置２５に導入している。

信号処理装置２５は、内部にセットされている係数列ｈ
　（ｉ）をＦ　Ｉ　Ｒ（Ｆｉｎｉｔｅ　ＩｒＡｐｕｌｓ
ｅ１？ｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタとして用いて出力信号
を作る。

このとき、Ａ／Ｄ変換器２８の出力、つまり消音対象点
である出入り口３の音圧が零となるように適宜、係数列
ｈ（ｉ）を更新（変更）する。この更新は前記した（２
）式にしたがって行う。具体的には、前回の更新値ｈｍ
と前前回の更新値ｈｍ−１とを記憶しておき、（ｈ−−
ｈｍ−＋　）の絶対値に更新頻度カウンタのカウント値
Ｎを掛けた値が予め定めた一定値εより大きくなった時
点、つまｈｍ（ｌ　ｈ　−−ｈ　＃−１１）　Ｎ　＞ε
　　　　　・・・（３）になった時点で（２〉式を実行
して係数列を更新している。なお、更新頻度カウンタは
、一定周期のクロックパルスをカウントし、係数列が更
新された時点でカウント値がクリアされるようになって
いる。

また、この信号処理装置２５は次のような機能も備えて
いる。すなわち、機器１の運転開始、停止を制御する運
転制御系３１から運転停止指令が導入されたときには、
この指令が導入された時点におけるｈｍ、ｈｍ−、の値
を固定して記憶保持し、この記憶を完了した時点で記憶
完了信号を運転制御系３１に与える。なお、運転制御系
３１は記憶完了信号を受信した後に機器１に対して運転
停止指令を与える。また、信号処理装置２５は、運転制
御系３１から運転再開指令が与えられたときには、先に
記憶保持したｈｍ、ｈｍ、を初期値として用いて消音制
御を開始するようにしている。なお、音源となっている
機器の運転停止指令情報が人力されたときに前記係数を
固定保持し、次に機器の運転再開指令情報が入力された
とき、保持されている係数を初期値として供給する概念
は、通常の能動消音装置や本発明の適応能動消音装置以
外にも適用可能である。

信号処理装置２５の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器２９を介
して出入り口３の近傍に配置されたスピーカ３０に与え
られ、出入り口３での消音に供される。

次に、上記のように構成された消音装置２１の動作を説
明する。

この消音装置２１は、未使用状態下ではり１、ｈｓ−１
に相当する値がセットされていない。したがって、使用
開始時にはｈｍ、ｈｍ−１に相当する値を人為的にセッ
トするものとする。

第２図は、この消音装置２１を使って出入り口３での騒
音を連続的に消音しているときの処理の流れを示す図で
ある。

まず、センサ２２で制御用信号Ｘ（ｎ−ｉ）を取得する
（Ｓ、）。この信号に前回更新された係数列ｈｍ（ｉ）
をＦＩＲフィルタとして用いて制御用出力信号ｙ　（ｎ
）を作り（８２）　、この信号でスピーカ３０より発音
させる（Ｓ、）。スピーカ３０の発音によって、制御対
象点である出入り口３では機器１から到来した音とスピ
ーカ３０から到来した音とが合成される。制御結果が良
好であれば出入り口３での音圧は完全に零となる。しか
し、通常は音圧が完全に零となることは少ない。マイク
２６で制御結果としての誤差信号ｅを取得する（Ｓ４）
　　ｈの変更量ｈｍ−ｈ。

を計算する（Ｓ５）。次に、前記（３）式に基いて係数
更新を行うかどうかを判定する（Ｓ６）。そして、更新
しないと判定したときにはＳ２に移行する。したがって
、この場合には同じ係数列ｈｍ（ｉ）を用いて消音制御
が続行される。また、更新すると判定したときには、前
記（２）式に示したＫｅＸ　（ｎ−ｉ）を出力する（Ｓ
７）。

ＫｅＸ　（ｎ−ｉ）が出力されると、係数列更新指令が
出され（Ｓａ　）　、これによって８２で用いられる係
数列が（２）式にしたがってｈｍ＋＋（ｔ）に更新され
る。Ｓ２ではｈｍｍ＋１（ｉ）を用いてｙ　（ｎ）を算
出する。以下このような処理が繰返される。

このような制御方式であると、更新量が大きいときは頻
繁に更新が行なわれ、更新量が小さいときは更新の頻度
は少なくなることになる。したがって、運転条件・モー
ドに対応させて自動的に最適な収束率が選定されことに
なｈｍ安定性・収束性の両方を満足する適応能動消音制
御が実現されることになる。また、係数同定後には、外
来音が入射しても、基本的には（３）式のｈｍ−ｈｍ、
＋の値が小さいため、誤動作による係数変更を行わない
、安定な適応能動制御が実現される。

第３図は機器１の運転開始および停止と消音装置２１の
動作との関係を示す図である。この消音装置２１は、第
４図に示すように機器１が間欠的に運転停止される場合
（たとえばコンプレッサー等）を考慮にいれて構成され
ている。

すなわち、第２図を用いて説明した適応能動消音制御中
（Ｓ＋＋）に運転制御系３１から運転停止指令が与えら
れると、その時点において使用している係数／ＩＩ　ｈ
＠　、ｈ　ａ−ｒを固定状態とし、これを記憶装置に記
憶させる（Ｓ＋□）　記憶を完了した時点で記憶完了信
号を運転制御系３１に与える。運転制御系３１は機器１
の運転を停止させる（Ｓ１３）。そして、次に運転制御
系３１から運転再開指令が与えられると、今まで記憶装
置に記憶していた係数列ｈ＠、ｈｓ−１を初期値として
用いて第２図に示した消音制御動作を開始する。

このような動作方式であると、機器１が運転停止してい
る間中はフィルタ係数列の更新は行なわないので、停止
中にフィルタ係数列にノイズがセットされることもない
。また、運転再開時に保持されている係数列を初期値と
して適応制御を始めるので、ゼロクリアされたりノイズ
がセットされている係数列を初期値とする場合に比べて
、収束を早めることができ、条件に合った適応能動消音
状態に速やかに移行させることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では、ｈの変更ｃｈｍ−
ｈｍ、を計算し、この計算値と更新頻度カウンタのカウ
ント値Ｎとを元にしてｈの更新タイミングを決定してい
る。しかし、系によって音響伝達関数に影響を与える要
素の変化が第７図に示したように、運転開始時点から常
に一定の傾向を示す場合がある。このような系を対象と
する場合には、運転開始からの経過時間ｔに基いて、適
応制御を行なう頻度を変更するようにしてもよい。第５
図にはこの方式を採用した消音装置の処理の流れが示さ
れている。

この例ではＳ、において、予め特性を記憶させであるデ
ータベースから経過時間ｔと必要収束量との関係とを読
出し、その経過時間ｔでは係数列更新が指示されている
か否かを８６で判定させるようにしている。

このような制御方式であると、前記実施例に比べて、適
応特性は若干悪くなるが、装置構成、処理ルーチンを大
幅に簡単化できる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、運転条件に応じた適応制
御の収束率と安定性が比較的簡単に得られ、運転中に系
の伝達関数等が変化する機器における最適な適応能動消
音制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る消音装置の概略構成図
、第２図は同装置で連続的に消音動作を行っているとき
の処理の流れを示す図、第３図は同消音装置と騒音源で
ある機器の運転停止との動作関係を示す流れ線図、第４
図は機器の運転停止形態の一例を示す図、第５図は本発
明の別の実施例に係る消音装置で連続的に消音動作を行
っているときの処理の流れを示す図、第６図は従来の消
音装置の概略構成図、第７図は音響伝達関数が変化する
幾つかの理由を説明するための図である。１・・・騒音源である機器、２・・・部屋、３・・・出
入り口、２１・・・消音装置、２２・・・センサ、２６
・・・マイクロホン、２３．２７・・・増幅器、２４．
２８・・・Ａ／Ｄ変換器、２５・・・信号処理装置、２
９・・・Ｄ／Ａ変換器、３０・・・スピーカ、３１・・
・運転制御系。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）センサで受けた信号に所定の係数を掛けて制御信
号を作り、この制御信号で発音器を制御して消音対象点
での音を打ち消すものであって、上記消音対象点での制
御結果に対応させて上記係数を適応的に変化させる適応
能動消音制御機能を備えた消音装置において、予め定め
られた条件にしたがって前記係数を固定したままで消音
制御を行なう能動消音制御状態と適応能動消音制御状態
とに切換える切換手段を具備してなることを特徴とする
消音装置。
（２）前記切換手段は、運転条件・モードに対応させて
前記適応能動消音制御状態への切換頻度を変えているこ
とを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
（３）前記切換手段は、制御開始時点からの経過時間に
対応させて前記適応能動消音制御状態への切換頻度を変
えていることを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
（４）音源となっている機器の運転停止指令情報が入力
されたときに前記係数を固定保持し、次に機器の運転再
開指令情報が入力されたときに保持されている係数を初
期値として供給する手段を備えていることを特徴とする
請求項１に記載の消音装置。
（５）センサで受けた信号に所定の係数を掛けて制御信
号を作り、この制御信号で発音器を制御して消音対象点
での音を打ち消すものであって、上記消音対象点での制
御結果に対応させて上記係数を適応的に変化させる適応
能動消音制御機能を備えた消音装置において、予め定め
られた条件にしたがって前記係数の更新頻度を可変とし
たことを特徴とする消音装置。
（６）前記係数の更新は、以下の条件を満たしたときに
行うことを特徴とする請求項５に記載の消音装置。（｜ｈ＿ｍ−ｈ＿ｍ＿−＿１｜）Ｎ＞ε ただし、ｈ＿ｍは前回の更新値ｈ＿ｍ＿−＿１は前前回の更新値Ｎは更新頻度カウンタのカウント値 εは予め定めた一定値
（７）前記係数の更新は、制御開始時点から予め定めら
れた経過時間にしたがって可変に設定されていることを
特徴とする請求項５に記載の消音装置。
（８）センサで受けた信号に所定の係数を掛けて制御信
号を作り、この制御信号で発音器を制御して消音対象点
での音を打ち消すものであって、音源となっている機器
の運転停止指令情報が入力されたときに前記係数を固定
保持し、次に機器の運転再開指令情報が入力されたとき
に保持されている係数を初期値として供給する手段を備
えていることを特徴とする消音装置。