JPH0340598A - アクティブ消音装置および消音方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は、ダクト等の伝播通路内の騒音に、これとは
逆位相で且つ同振幅の反転音を作用させて消音を行う場
合において、その騒音の変動に対応して消音を行うアク
ティブ消音装置および消音方法に関する。

（従来の技術） 従来より、ダクト内の騒音に対して、この騒音とは逆位
相で且つ同振幅の反転音を作用させ、この騒音と反転音
との相互干渉によって消音を行うことは知られている。

特に、近年では、電子デバイスや信号処理技術等の進歩
に伴って、騒音に対して忠実な反転音を生成し、非定常
的な広帯域の騒音に即応した反転音として、変動騒音で
も消音するアクティブ消音装置が提案されている。例え
ば、特開昭６１−２９６３９２号公報の電子消音システ
ムは、そうしたものの一つである。

（発明が解決しようとする課題〉 上記のアクティブ消音装置は、ダクト内騒音のように音
場が限定された一次元騒音の消音に適用されており、温
度、風量、流速等の経時的な変動に即応して消音を行う
。消音のための反転音信号は、騒音に対してほぼ忠実に
生成されているが、現実には低減し得る騒音量に限界が
あり、充分な消音を行うことができなかった。

そこで、本発明者等は消音装置の再検討を行ったところ
、以下に述べる通り、反転音を発生するスピーカ及びマ
イクロホン自体の音響特性や、ダクトの長さ及び形状等
によるダクト自体の伝達特性を総合したダクト内でのス
ピーカからマイクロホンに至る伝達特性が原因している
ことに気付いた。

つまり消音のための反転音信号は、騒音に対してほぼ忠
実に生成されているものの、継続時間が有限のインパル
ス応答を有する適応型ＦＩＲ（Ｐｉｎｌｔｅ　１ｓｐｕ
ｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ）フィルタを使用してアクテ
ィブ消音を行う際には、フィルタの係数更新のために二
つの信号、つまり検出マイクロホンの検出信号にダクト
内でのスピーカからモニタマイクロホンまでの間の伝達
特性を畳み込んだ信号と、モニタマイクロホンで検出し
たモニタ信号とを必要とするが、この両信号は共にスピ
ーカからモニタマイクロホンまでの間の伝達特性の影響
を受けたものであり、この伝達特性の影響のために消音
量が少ない欠点があることが判った。また、適応型フィ
ルタを最小二乗（Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　５ｑａｒｅ）
アルゴリズムにより適応制御する場合には、収束速度及
び最適解からのずれが入力信号の性質に大きく依存する
ことが知られており、入力信号のスペクトルレベルが低
い帯域については、収束速度が遅く、また最適解からの
ずれも大きい欠点がある。

この発明は、上記に鑑み提案されたものであって、その
目的は、適応型ＦＩＲフィルタを使用してアクティブ消
音を行う場合には、ダクト内でのスピーカからマイクロ
ホンに至る伝達特性の影響を低減することにより、消音
効果を向上させることにある。

（課題を解決するための手段） 以上の目的を達成するため、この発明では、ダクト内で
のスピーカからモニタマイクロホンまでの間の伝達特性
をイコライズして、この影響を低減している。

具体的には、請求項（１）に係る発明では、第１図に示
すように、ダクト（１）内に設置されて騒音を検出する
検出マイクロホン（２）と、この検出マイクロホン（２
）で検出した騒音信号に基づき、騒音に対して逆位相で
同振幅の反転音信号を生成する適応型ＦＩＲフィルタ（
３）と、この適応型ＦＩＲフィルタ（３）の反転音信号
を受けて反転音をダクト（１）内に放射するスピーカ（
４）と、騒音と反転音の干渉結果を検出して適応型ＦＩ
Ｒフィルタ（３）にフィードバックするモニタマイクロ
ホン（５）とを含み、前記適応型ＦＩＲフィルタ（３）
とスピーカ（４）との間に、ダクト（１）内でのスピー
カ（４）からモニタマイクロホン（５）までの伝達関数
をイコライズし、その補償信号を反転音信号に重畳する
逆フィルタ（６）を設ける構成としている。

また、請求項（２に係る発明では、ダクト（１）内の騒
音を検出マイクロホン（２）で検出し、この検出した騒
音とは逆位相で同振幅の反転音信号を適応型ＦＩＲフィ
ルタ（３）から出力し、その後、この反転音信号に、ダ
クト（１）内でのスピーカ（４）からモニタマイクロホ
ン（５）までの伝達関数をイコライズした補償信号を逆
フィルタ（６）で重畳して、この重畳した反転音信号に
よりスピーカ（４）を駆動する方法としている。

さらに、請求項（３）に係る発明では、請求項（１）に
係る発明の逆フィルタを特定し、逆フィルタ（６）を、
装置の稼動前に、ダクト（１）内に配置したスピーカ（
４）及びモニタマイクロホン（５）、並びに適応型ＦＩ
Ｒフィルタ（３）の適応制御を用いて、ダクト（１）内
のスピーカ（４）からモニタマイクロホン（５）までの
伝達特性とは逆特性に求めるようにしている。

（作用） 上記の構成により、この発明では、スピーカ（４）から
出力された反転音は、その後モニタマイクロホン（５）
に到達するまでに、その間の伝達関数の影響を受けて歪
むことになる。しかし、スピーカ（４）から出力される
反転音は、元々、逆フィルタ（６）によって上記伝達関
数をイコライズした補償信号が重畳されているので、モ
ニタマイクロホン（５）で検出する音波は、結果として
何ら歪んでいないことになる。よって、適応型ＦＩＲフ
ィルタの係数更新のための入力信号（モニタマイクロホ
ンの検出信号）は、スピーカ（４）からモニタマイクロ
ホン（５）までの伝達関数に影響を受けなくなり、対象
周波数の全域にわたって大きな消音量が得られる。

また、逆フィルタ（６）は、既存の適応型ＦＩＲフィル
タを用いて、その特性が求められるので、低コストでｌ
ｌＮ６．できる。

（実施例） 第１図ないし第６図は本発明の実施例を示す。

第１図において、アクティブ消音装置は、ダクト（１）
内に設置されてダクト（１）内の騒音を検出する検出マ
イクロホン（２）と、このマイクロホン（２）で検出し
た騒音信号に基づき、この騒音に対して逆位相で且つ同
振幅の反転音信号を生成する適応型ＦＩＲフィルタ（３
）と、該適応型ＦＩＲフィルタ（３）からの反転音信号
を受けて反転音の音波をダクト（１）内の検出マイクロ
ホン（２）下流側に出力するスピーカ（４）と、ダクト
（１）内のスピーカ（４）下流側に配置され、騒音と反
転音の干渉結果を検出するモニタマイクロホン（５）と
、逆フィルタ（６）とで構成きれている。

検出マイクロホン（２）は、上下流方向に前後に配置し
た第１及び第２の２個のマイクロホン（２ａ）、　　（
２ｂ）からなる。

上記検出マイクロホン（２）には、その下流側のマイク
ロホン（２ｂ）の検出信号をスピーカ（４）から該マイ
クロホン（２ｂ）までの反転音の伝播時間τ１だけ遅延
させる遅延回路（８）と、この遅延回路（８）で遅延さ
れた検出信号と上流側のマイクロホン（２ｂ）の検出信
号とが入力される差動増幅器（９）とが設けられ、該差
動増幅器（９）の出力信号が上記適応型ＦＩＲフィルタ
（３）に入力されている。

また、適応型ＦＩＲフィルタ（１０）は、消音フィルタ
（１３）と、適応制御用コントローラ（１４）とからな
る。消音フィルタ（１３）は、上記検出マイクロホン（
２）から差動増幅器（９）経た非定常的な騒音信号を取
込み、この騒音信号とは基本的に逆位相で同振幅の反転
音信号を生成する機能を有する。また、適応制御用コン
トローラ（１４）は、最小二乗平均法（ＬＭＳ　：　Ｌ
ｅａｓｔＭｅａｎ　５ｑｕａｒｅ　）アルゴリズムによ
る適応制御を行うものであって、差動増幅器（９）から
の騒音信号を時間遅延回路（１５）より、スピーカ（４
）からモニタマイクロホン（５）までの音波伝播時間τ
２だけ遅延した騒音信号が入力されると共に、モニタマ
イクロホン（５）の検出信号が入力されていて、この両
入力に基いてＬＭＳの制御パラメータの係数を更新して
消音フィルタ（１３）の反転音信号を適応制御するもの
である。

而して、上記消音フィルタ（１３）の反転音信号はスピ
ーカ（４）に出力されるが、この適応型ＦＩＲフィルタ
（３）とスピーカ（４）との間、つまりスピーカ（４）
の前段には、逆フィルタ（６）が設けである。この逆フ
ィルタ（６）は、ダクト（１）内でのスピーカ（４）か
らモニタマイクロホン（５）までの間の伝達特性をイコ
ライズする補償信号を消音フィルタ（１３）からの反転
音信号に重畳する機能を有する。

上記の逆フィルタ（６）は、予め適応型ＦＩＲフィルタ
（１０）のＬＭＳアルゴリズムにより求められる。つま
り、第１図におけるダクト（１）内での検出マイクロホ
ン（２）、スピーカ（４）及びモニタマイクロホン（５
）の配置状態で、その消音装置の稼動前に、該ダクト（
１）内の無騒音状態において、信号発生装置２０からラ
ンダムな駆動信号を発生させ、この駆動信号によりスピ
ーカ（４）を駆動して、スピーカ（４）から出力された
音波をモニタマイクロホン（５）で検出し、この検出信
号を逆フィルタ（６）にフィードバックする。而して、
上記モニタマイクロホン（５）の音波検出の時は、スピ
ーカ（４）からの音波の出力時から時間τ２だけ遅れて
いるので、上記のランダムな駆動信号を時間遅延回路２
１で時間τ２だけ遅延させた後、この時間遅延された駆
動信号から逆フィルタ（６）の出力を減算し、この結果
をＬＭＳアルゴリズムの適応制御用コントローラ（１４
）に入力する。また、該適応制御用コントローラ（１４
）には、モニタマイクロホン（５）の検出信号をも入力
し、その両人力信号でもって逆フィルタ（６）を適応制
御する。その結果、逆フィルタ（６）は、ダクト（１）
内でのスピーカ（４）からモニタマイクロホン（５）ま
での伝達特性Ｔ＋ｇｓとは逆特性の伝達特性Ｔ−ｌｉｓ
となる。

尚、′１ｓ１図の構成のブロック線図を第２図に示す。

ここに、Ｔｌｄは検出マイクロホン（２）からモニタマ
イクロホン（５）までの伝達特性を、Ｔｄｓはスピーカ
（４）から検出マイクロホン（２）までの伝達特性を示
す。

したがって、本実施例では、消音フィルタ（１３）から
の反転音信号は逆フィルタ（６）を通り、この逆フイル
タ６）で、予め、ダクト（１）内でのスピーカ（４）か
らモニタマイクロホン（５）までの伝達特性Ｔｍｓがイ
コライズされ、その後にスピーカ（４）に到達してこれ
を駆動するので、モニタマイクロホン（５）の検出信号
は、上記の伝達関数Ｔｍｓに影響を受けていない信号と
なる。

その結果、適応制御用のコントローラ（１４）への入力
信号は、上記スピーカ（４）からモニタマイクロホン（
５）までの伝達特性Ｔｍｓに影響を受けなくなり、時間
τ２の遅延のみで足り、騒音の周波数全域にわたって大
きな消音量が得られ、消音効果を向上させることができ
る。

第４図ないし第６図は本発明装置の消音効果を確認する
ために行った試験結果を示す。

第４図は消音フィルタ（１３）の制御パラメータの係数
の更新回数を横軸とし、騒音レベルを縦軸として、適応
制御が進行するときの消音度合の変化を示したものであ
る。図中、符号（Ｐ）の特性曲線は本発明を、（Ｑ）の
特性曲線は逆フィルタ（６）のない比較例を、（Ｒ）の
特性曲線は適応型ＦＩＲフィルタの作動を停止した状態
をそれぞれ示している。

図から明らかな通り、本発明によれば係数の更新が進行
するのに伴って、騒音レベルが徐々に減少し、比較例に
比べて騒音レベルを大きく低減できることが判る。

第５図は、係数更新回数を５０００回とした後の騒音ス
ペクトルを本発明と比較例とで比較したものであり、同
図（Ａ）に比較例の騒音スペクトルを、同図（Ｂ）に本
発明の騒音スペクトルを各々示す。

同図（Ａ）の比較例Ｑでは、騒音Ｒに対して数＋Ｈ２な
いし９００Ｈｚの範囲内で、騒音低減効果が見られるが
、同図（Ｂ）の本発明Ｐでは、数−１−Ｈｚないし１３
００Ｈｚ近傍の範囲内で、大きな騒音低減効果が得られ
ていることが判る。従って、本発明では、騒音を比較例
よりも広い周波数帯域にわたって大きな音圧レベルで低
減できることが判る。

第６図は消音量の周波数特性を示す。この図からも明ら
かな通り、本発明での消音量は比較例に比べて、１２０
０Ｈｚ付近より以下の広い帯域にわたって、消音量を効
果的に大きくできていることが判る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明では、適応型ＦＩＲフィル
タとスピーカとの間に、ダクト内でのスピーカからモニ
タマイクロホンまでの伝達特性をイコライズする逆フィ
ルタを設けたので、適応型消音フィルタの係数更新のた
めの入力信号は上記の伝達特性の影響を受けなくなり、
広い周波数帯域に亘って大きな消音量が得られる。

また、逆フィルタは既存の適応型ＦＩＲフィルタを用い
てその特性が求められるので、低コストに構成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体構成図、第
２図はブロック線図、第３図は逆フィルタの逆特性を求
めるプロセスを示す図、第４図ないし第６図はそれぞれ
試験結果の特性曲線図を示し、第４図はオーバオール消
音量の係数更新回数による変化を示す図、第５図（Ａ）
、（Ｂ）は５０００回の係数更新時の騒音スペクトルを
示す図、第６図は消音量の周波数特性を示す図である。 （１）・・・ダクト、（２）・・・検出マイクロホン、
（３）・・・適応型ＦＩＲフィルタ、（４）・・・スビ
カ、（５）・・・モニタマイクロホン、（６）・・・逆
フィルタ、（１３）・・・消音フィルタ、（１４）・・
・適応制御用コントローラ、（１５）、　　（２１）・
・・時間遅延回路。 ほか２名 （１）・・ダクト （２）・・・検出マイクロホン （３）・・・適応型ＦＩＲフィルタ （４）・・スピーカ （５）・・・モニタマイクロホン （６）・・・逆フィルタ （１３）・・・ｌ肖音フィルり （１４）・・適応制御用コントローラ （１５）、　　（２１）・・・時間遅延回路第 図 ＼３ 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダクト（１）内に設置されて騒音を検出する検出
   マイクロホン（２）と、この検出マイクロホン（２）で
   検出した騒音信号に基づき、騒音に対して逆位相で同振
   幅の反転音信号を生成する適応型ＦＩＲフィルタ（３）
   と、この適応型ＦＩＲフィルタ（３）の反転音信号を受
   けて反転音をダクト（１）内に放射するスピーカ（４）
   と、騒音と反転音の干渉結果を検出して適応型ＦＩＲフ
   ィルタ（３）にフィードバックするモニタマイクロホン
   （５）とを含み、前記適応型ＦＩＲフィルタ（３）とス
   ピーカ（４）との間に、ダクト（１）内でのスピーカ（
   ４）からモニタマイクロホン（５）までの伝達関数をイ
   コライズし、その補償信号を反転音信号に重畳する逆フ
   ィルタ（６）が設けてあることを特徴とするアクティブ
   消音装置。
2. （２）ダクト（１）内の騒音を検出マイクロホン（２）
   で検出し、この検出した騒音とは逆位相で同振幅の反転
   音信号を適応型ＦＩＲフィルタ（３）から出力し、その
   後、この反転音信号に、ダクト（１）内でのスピーカ（
   ４）からモニタマイクロホン（５）までの伝達関数をイ
   コライズした補償信号を逆フィルタ（６）で重畳して、
   この重畳した反転音信号によりスピーカ（４）を駆動す
   ることを特徴とするアクティブ消音方法。
3. （３）逆フィルタ（６）は、装置の稼動前に、ダクト（
   １）内に配置したスピーカ（４）及びモニタマイクロホ
   ン（５）、並びに適応型ＦＩＲフィルタ（３）の適応制
   御を用いて、ダクト（１）内のスピーカ（４）からモニ
   タマイクロホン（５）までの伝達特性とは逆特性に求め
   られるものである請求項（１）記載のアクティブ消音装
   置。