JPH0643886A - 騒音制御システム - Google Patents

騒音制御システム

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JPH0643886A
JPH0643886A JP5125190A JP12519093A JPH0643886A JP H0643886 A JPH0643886 A JP H0643886A JP 5125190 A JP5125190 A JP 5125190A JP 12519093 A JP12519093 A JP 12519093A JP H0643886 A JPH0643886 A JP H0643886A
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JP
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noise
reference signal
sound waves
generating
control system
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JP5125190A
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Peter D Hill
ダグラス ヒル ピーター
Thomas H Putman
ハロルド パットマン トーマス
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Westinghouse Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 予め定めた場所に設置した多数の検出器が受
ける全騒音エネルギーが最小になる最適状態へ迅速に適
応或いは収束することを可能にする騒音適応制御方法及
び装置を提供する。 【構成】 適応騒音制御システムは、一次騒音源（１
０）から出る騒音と相関関係にある基準信号を発生する
基準マイクロフォン（１２）と、複数の二次音波を発生
する二次騒音源拡声器（Ｓｎ）と、一次騒音源の遠距離
領域において複数の遠距離領域音波を検出し、各々が対
応する遠距離領域音波の出力を表わす複数のエラー信号
を発生するエラーマイクロフォン（ｅｎ）と、遠距離領
域音波の出力を最小限に抑えるように基準信号とエラー
信号とに従って拡声器を制御する適応コントローラ（１
４）とより成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に騒音制御に関
し、さらに詳細には適応能動騒音制御システムに関す
る。本発明の好ましい用途の１つは発電所における騒音
制御である。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関及び燃焼タービンのような自由
場騒音源は、３１Ｈｚオクターブ帯域（２２Ｈｚから４
４Ｈｚ）及び６３Ｈｚオクターブ帯域（４４Ｈｚから８
８Ｈｚ）において強力な低周波騒音を発生する。この騒
音を受動騒音制御により吸収阻止しようとすると大型で
高価な消音器が必要となる。しかしながら、消音器のサ
イズ及び価格を考えると多くの用途にとってこの受動騒
音制御は実用的ではない。受動騒音制御に代わるものと
して受動制御と能動制御を組み合わせたものがある。受
動制御は騒音周波数が増加すると騒音減衰量が増すが、
能動制御は騒音周波数が減少するとその作用効果が顕著
になる。従って、受動制御と能動制御を組み合わせると
多くの用途にとって有利である。
【０００３】音波或いは振動の能動制御には多数の制御
された二次音源を用いるが、それらの二次音源は発生す
る音響波の音場が元の一次音源が発生する音場に干渉し
てそれを破壊するように駆動される。かかる破壊的干渉
が有効な程度は一次音源と二次音源の幾何学的配置関係
及び一次音源が発生する音場のスペクトルに左右され
る。一次音源と二次音源の間の距離を関心のある周波数
における半波長以内にすると一次音源の音場をかなり相
殺することが可能である。
【０００４】実用上特に重要な一次音場として、回転機
械或いは往復運動機械が発生するものがある。これらの
機械が発生する一次音場の波形はほとんど周期的であ
り、元の乱れを発生させる機械の作用を直接観察するこ
とは一般的に可能であるからその動作基本周波数は一般
的に分かる。かくして、基準信号の振幅及び位相を調節
して得られたフィルタリング済み基準信号を用いるコン
トローラにより各二次音源を基本周波数の調波で駆動す
ることが可能である。加えて、コントローラは一次音場
の周波数または空間分布の時間変化に追従する必要があ
るため、コントローラを適応能力を備えたものにするこ
とが望ましい場合が多い。
【０００５】実用的な適応コントローラを構成するに
は、測定可能なエラーパラメータを決めてコントローラ
にこのパラメータを最小限に抑えるようにする能力を持
たせる必要がある。直接測定可能なエラーパラメータの
１つは多数のセンサー出力の二乗の和である。かかるエ
ラーパラメータを用いるシステムの信号処理上の問題は
多数の二次音源への正弦波入力の大きさ及び位相を調節
することによって多数のセンサー出力の二乗の和を最小
限に抑える適応アルゴリズムを設計することである。S.
J. Elliot等は"A Multiple Error LMS Algorithm and
Its Applicationto Active Control of Sound and Vibr
ation", IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signa
l Processing, Vol. ASSP-35, No. 10, October 1987に
おいて、最小平均二乗（ＬＭＳ）に基づく能動騒音制御
システムを教示しているが、このシステムは多くの用途
にとって収束速度が遅すぎる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、単一或いは
複数モードの音響的環境においてランダムノイズ及び周
期性ノイズの両方を制御するシステムに関するものであ
る。（マルチモードの音響的環境では、音波の振幅は音
波が伝ぱんする方向に垂直な面において変化する）ダク
トを介するような単一モードで伝ぱんするランダムノイ
ズを制御するシステムは公知であるが、これらはマルチ
モードの伝ぱんには有効に作用しない。米国特許第４、
０４４、２０３；４、６３７、０４８；及び４、６６
５、５４９８並びにM. A. Swinbanks, "The Active Con
trol of Low Frequency Sound in a Gas Turbine Compr
essor Installation", Inter-Noise 1982, San Francis
co, CA, May 17-19, 1982, pp. 423-427を参照された
い。
【０００７】従って、本発明の主要目的は予め定めた場
所に設置した多数の検出器が受ける全騒音エネルギーが
最小になる最適状態へ迅速に適応する或いは収束するこ
との可能な騒音制御方法及び装置を提供することにあ
る。本発明による適応騒音制御システムは、一次騒音源
から出る騒音と相関関係にある基準信号を発生する基準
手段と、複数の二次音波を発生する二次音源手段と、一
次騒音源の遠距離領域において複数の遠距離領域音波を
検出し、各々が対応する遠距離領域音波の出力を表わす
複数のエラー信号を発生する検出手段と、遠距離領域音
波の出力を最小限に抑えるように基準信号とエラー信号
とに従って二次音源手段を制御する適応制御手段とより
成る。
【０００８】本発明の好ましい実施例において、基準手
段は一次騒音源の近距離領域における音響騒音を検出す
る手段よりなり、二次音源手段は複数の拡声器よりな
り、また検出手段は複数のマイクロフォンよりなる。
【０００９】好ましい実施例の適応制御手段は、（ｉ）
基準信号に基づき自己相関データを発生し、また基準信
号及びエラー信号に基づき相互相関データを発生する相
関手段と、（ｉｉ）自己相関データ及び相互相関データ
に基づき自己スペクトルデータ及び相互スペクトルデー
タを発生するＦＦＴ手段と、（ｉｉｉ）基準手段に結合
されて、各々が二次音源手段により発生される二次音波
のうちの対応する１つの二次音波に関連する複数の重み
関数に従って基準信号のフィルタリングを行いフィルタ
リング済みの基準信号により二次音源手段の出力を制御
するＦＩＲ手段と、（ｉｖ）自己スペクトルデータ及び
相互スペクトルデータを処理して重み関数を導出しこの
重み関数をＦＩＲ手段へ与える適応手段とより成る。
【００１０】また、本発明によるシステムには、実質的
にランダムな数を発生するランダム数手段と、ＦＩＲ手
段の入力をランダム数手段へ切換える手段とをさらに設
けても良い。これにより、本発明によるシステム同定機
能が実行される。
【００１１】適応手段が、重み関数をＦＩＲ手段へ送る
前に逆高速フーリエ変換を実行する手段を備えるように
しても良い。
【００１２】本発明は排気スタックに結合した燃焼ター
ビンを有する発電システムに用いると有利である。かか
る用途において、燃焼タービンが発生する排気スタック
からのマルチモード音響騒音を制御する適応能動制御シ
ステムは、燃焼タービンが発生する騒音と相関関係にあ
る基準信号を発生する基準手段と、複数の二次音波を発
生する二次音源手段と、排気スタックの遠距離領域にお
いて複数の遠距離領域音波を検出し、各々が対応する遠
距離領域音波の出力を表わす複数のエラー信号を発生す
る検出手段と、遠距離領域音波の出力を最小限に抑える
ように基準信号とエラー信号とに従って二次音源手段を
制御する適応制御手段とよりなる。
【００１３】本発明はまた上述した構成要素の各機能に
対応するステップより成る方法を包含する。
【００１４】本発明の騒音制御方法は一回の反復操作で
理論的に（即ち正しい条件の下で）収束可能である。さ
らに、本発明のシステムはたとえ非静的(non-static)な
騒音環境の下でもマルチモードの騒音を効率的に大幅に
減少できる。本発明の他の特徴及び利点については後述
する。
【００１５】
【実施例】本発明の基本原理を図１を参照して説明す
る。この図に示すように、一次騒音源ＮｓはＮ個（Ｎは
整数）の二次騒音源（または制御音源）Ｓ1−ＳNにより
囲まれている。一次騒音源Ｎｓは音波を放射する１個か
または２個以上の音源よりなる。エラーマイクロフォン
ｅ1−ｅM（Ｍは二次音源の数Ｎと等しいかそれよりも大
きい数）は、一次騒音源Ｎｓの遠距離領域（ほぼ４５メ
ートルかまたは１５０フィート）において音波を検出
し、エラーマイクロフォンが受ける全騒音エネルギーが
減少するように二次騒音源Ｓ1−ＳNを制御する制御シス
テム（図示せず）へフィードバックを行う。二次騒音源
は、制御システムの一部を形成するフィルタ（図示せ
ず）の出力により駆動される。「基準信号」と呼ぶフィ
ルタへの入力は、一次騒音源Ｎｓの近距離領域（例えば
Ｎｓの数フィート以内）における音波をサンプルするこ
とによって得ることができる。別の方法として、一次騒
音が周期性であれば、所定の周波数の同期信号を用いて
その基準信号を発生することも可能である。現在の技術
では、制御システムのフィルタはデジタル信号プロセッ
サにより最も容易に実現できる。従って、以下に述べる
分析は離散時間及び「ｚ」領域において行う。（当業者
はサンプルされた或いは離散時間データのｚ変換を行う
ことによってｚ領域に到達できることが分かるであろ
う）。離散時間領域とｚ領域の間におけるサンプルされ
たデータのｚ変換は、時間領域と周波数領域の間におけ
る数学的関数のラプラス変換に類似する。ｚ変換は離散
フーリエ変換のスーパークラス（superclass)である。
【００１６】図１を参照して、エラーマイクロフォンｅ
m（ｍは１とＭの間の任意の数）は一次騒音源Ｎｓと二
次音源Ｓ1−ＳNから音波を受ける。Ｎｓが発生しエラー
マイクロフォンｅmが検出する音をこの分析ではｄmとし
て表わす。従って、ｅm（ｚ）は下式で与えられる。
【００１７】
【数１】 Ｍ個のエラーマイクロフォンがあるから、下記の行列式
が形成される。
【００１８】
【数２】 Ｙ行列の要素Ｙmnは伝達関数を表わすが、ここで制御信
号Ｓn（ｚ）は二次音源Ｓnへの入力、また信号ｅ
m（ｚ）はエラーマイクロフォンｅmの出力である。即
ち、Ｙmn＝ｅm（ｚ）／Ｓn（ｚ）であり、Ｓ
1（ｚ）、．．．Ｓn-1（ｚ）、Ｓn+1（ｚ）、．．．ＳN
（ｚ）＝０である。
【００１９】上述したように、制御信号Ｓn（ｚ）は二
次音源Ｓnへの入力であるが、それは入力が基準信号Ｘ
（ｚ）である制御システムのデジタルフィルタ（後述す
る）の出力でもある。Ｓn（ｚ）はＸ（ｚ）、フィルタ
関数Ｗn（ｚ）及び下記の式により決まる。
【００２０】
【数３】 式（３）を式（２）に代入すると、
【数４】 上式において、
【数５】 ｅ1 2（ｚ）＋ｅ2 2（ｚ）＋．．．ｅM 2（ｚ）により与え
られるＥ］の全騒音エネルギーを最小限にするＷ］の値
である、式（４）の最小二乗解は下記の通りである。
【００２１】
【数６】 上式において、［Ｙ］Hは［Ｙ］の共役転置行列或いは
エルミート行列を表わし、Ｘ*（ｚ）はＸ（ｚ）の共役
を表わす。
【００２２】式（６）において、積Ｘ*（ｚ）Ｄ］は基
準Ｘ（ｚ）と騒音行列Ｄ］の重なりスペクトルである。
自己スペクトルＸ*（ｚ）Ｘ（ｚ）は複素数であり、重
なりスペクトルＸ*（ｚ）Ｄ］に分解される（重なりス
ペクトル及び自己スペクトルはこの明細書ではそれぞれ
Ｇxx（ｚ）及びＧxem（ｚ）と呼ばれる）。
【００２３】Ｗ］の最小二乗解は［Ｙ］、Ｄ］またはＸ
（ｚ）に測定エラーがなければ、式（６）により１回の
反復操作で見つけることができる。しかしながら、実際
は、［Ｙ］、Ｄ］またはＸ（ｚ）のエラーは以下に述べ
る逐次解を必要とするほど無視できないものである。
【００２４】
【数７】 上式において、μは収束係数である。μ＝１であれば、
式（７）はＷ］＝０のときＥ］＝Ｄ］であるから式
（６）になる。μの代表的な値は０．１から０．５の範
囲にある。
【００２５】重なりスペクトルＸ*Ｅ］と自己スペクト
ルＸ＊Ｘは、例えば、ｘ（ｔ）及びｅm（ｔ）の相互相
関及びｘ（ｔ）の自己相関（ただし、ｘ（ｔ）はＸ
（ｚ）を時間領域形式で表わしたもの）をそれぞれの高
速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより実行される離
散フーリエ変換によって計算可能である。Ｒxx（ｔ）と
して表わされるｘ（ｔ）の自己相関及びＲxem（ｔ）で
表わされるｘ（ｔ）及びｅm（ｔ）の相互相関は下式で
与えられる。
【００２６】
【数８】 上式において、ｋ＝離散時間指数； ｘ（ｋ）＝離散時間領域における基準信号； ｅm（ｋ）＝エラーマイクロフォンｍからの離散時間領
域におけるエラー信号；及び Ｌ＝Ｒxx（ｔ）及びＲxem（ｔ）を計算するために用い
るサンプルの数を表わす。計算精度を向上させるにはサ
ンプル数Ｌを増加すればよいが、Ｌを必要以上に大きく
するとフィル タの更新が可能な周波数
がＬに反比例することに注意されたい。
【００２７】変換Ｒxx（ｔ）及びＲxem（ｔ）を周波数
領域（即ちｚ領域）に正しく変換するには、Ｈポイント
のベクトルを最終的に得られるベクトル長が２Ｈポイン
トになるように０を挿入する必要がある。
【００２８】
【数９】 Ｒxx（ｔ）を２ＨポイントのＦＦＴにより自己スペクト
ルＧxx（ｚ）へ変換する。Ｒxem（ｔ）も同様にしてＧ
xem（ｚ）へ変換する。
【００２９】因果律の制約により、重み関数Ｗn（ｚ）
を時間領域へ変換する必要がある。制御信号Ｓn（ｔ）
は下式から計算される。
【００３０】
【数１０】 ｗn（ｔ）はフィルタ関数Ｗn（ｚ）の時間領域形式であ
り、Ｈはフィルタ関数ｗn（ｔ）の長さ（各フィルタの
タップ数とも言う）を表わす。２Ｈポイントの逆離散フ
ーリエ変換を用いてＷn（ｚ）をｗn（ｔ）へ変換するこ
とも可能である。式（１０）ではその結果の最初のＨポ
イントだけを用いる。
【００３１】燃焼タービンの排気スタックから出る騒音
の抑制に向けられた本発明の作用につき、図２及び図３
を参照して説明する。排気スタックの横断面寸法はそれ
から出る音波の波長よりも大きいため、マルチモードの
騒音が発生するものと仮定する。
【００３２】図２は本発明による適応能動騒音制御シス
テムを用いる発電システムを示す。このシステムでは、
燃焼タービン１１の排気スタック１０の頂部の周縁に複
数の拡声器Ｓ1−ＳNが配置されている。排気スタック１
０に設けた探査マイクロフォン１２は基準信号ｘ（ｔ）
を測定する。排気スタックの遠距離領域には複数のエラ
ーマイクロフォンｅ1−ｅM（Ｍ＞＝Ｎ）が配置されてい
る。適応制御システム１４はエラーマイクロフォンｅ1
−ｅMからのフィードバックと探査マイクロフォン１２
からの基準信号ｘ（ｔ）を受けて、エラーマイクロフォ
ンにより検出される騒音を実質的に相殺するように拡声
器Ｓ1−ＳNを駆動する。
【００３３】図３は適応制御システム１４を強調した、
図２のシステムのさらに詳細なブロック図である。（燃
焼タービン１１及び排気スタック１０は図３には図示せ
ず）。参照番号１２−４２はハードウエアとソフトウエ
アの組み合わせにより実現可能な構造的要素（即ちハー
ドウエア）と機能的要素の両方を示す。それぞれの機能
的要素は別個のブロックとして示したが、実際には２以
上の機能を所与のハードウエア要素で実現することも可
能である。
【００３４】使用した参照番号は下記の通りである。１
２−探査マイクロフォン；１４−適応制御システム；１
６−スイッチ；１８−バス；２０−バス；２２−ランダ
ム数発生器；２４−有限長インパルス応答フィルタＦＩ
Ｒ1−ＦＩＲN；２６−二次音源である拡声器Ｓ1−ＳN；
２８−自己／相互相関ブロック；３０−エラーマイクロ
フォン；３２−０挿入ブロック；３４−高速フーリエ変
換（ＦＦＴ）；３６−重なりスペクトルアレー；３８−
処理ブロック；４０−処理ブロック；４２−逆高速フー
リエ変換（ＩＦＦＴ）ブロックである。本発明の１つの
実施例では、３つのプロセッサ（即ち、２つのデジタル
信号プロセッサ及び１つのマイクロプロセッサ）が
（１）基準信号をフィルタリングして二次音源信号Ｓ1
（ｔ）−ＳN（ｔ）（それぞれの拡声器Ｓ1−ＳNを駆動
する）発生し、（２）エラー信号を受けて自己相関ベク
トルＲxx（ｔ）及び相互相関ベクトルＲxel（ｔ）−Ｒ
xeM（ｔ）を計算し、（３）ＦＦＴを実行してフィルタ
係数を更新し逆ＦＦＴを実行する。
【００３５】本発明が遭遇する１つの問題は基準信号と
二次音源の音波との間に因果律の存在することである。
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の群遅延特性、二次音源Ｓ
1−ＳNのハイパス応答、及びデジタルフィルタＦＩＲ1
−ＦＩＲNの遅延は、騒音が探査マイクロフォン１２か
ら最も近い二次音源へ伝ぱんするに必要な時間よりも小
さくなければならない。従って、各制御信号ｓn（ｔ）
を得るには、基準信号ｘ（ｔ）を有限長インパルス応答
（ＦＩＲ）フィルタにより時間領域においてフィルタリ
ングする。これらのフィルタは無限長インパルス応答
（ＩＩＲ）フィルタにより実現するのが最もよいと言う
意見もあった。L. J. Eriksson, et al.,"The Selectio
n and Application of an IIR Adaptive Filter for Us
e in Active Sound Attenuation", IEEE Trans. on Aco
ustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-3
5, No. 4, April 1987, pp. 433-437及びL. J. Eriksso
n, et al., "The Use of Active Noise Control for In
dustrial Fan Noise", American Society ofMechanical
Engineers Winter Annual Meeting, Nov. 27-Dec. 2,
1988, 88-WA/NCA-4 を参照されたい。しかしながら、特
定の用途では多数のフィルタタップが必要であることは
分かるが、ＩＩＲフィルタは潜在的に不安定なため本発
明は固有のに安定性を有するＦＩＲフィルタを用いる。
【００３６】本発明の発明者等が遭遇した第２の問題は
ＦＩＲフィルタのフィルタ係数ｗn（ｔ）の更新であ
る。時間領域で実現される適応フィルタは時間領域アル
ゴリズムによって更新するのが普通である。エリオット
は、論文（S. J. Elliot, et al., "A Multiple Error
LMS Algorithm and Its Application to Active Contro
l of Sound and Vibration", IEEE Trans. on Acoustic
s, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-35, No.
10, Oct. 1987においてかかるシステムを教示してい
る。しかしながら、ＬＭＳに基づく制御系の収束時間
（即ち、制御システム１４がフィルタ係数を最適値に調
整するのに必要な時間）は周波数領域においてフィルタ
係数を調整する本発明の収束時間よりも数桁も大きい恐
れがある。
【００３７】周波数領域の適応アリゴリズムは、ｘ
（ｔ）の自己相関のＦＦＴを取ると直交基準信号値が直
接得られると言うような非常に有利な性質を有する。即
ち、Ｇxx（ｚ）の周波数成分が互いに無関係である．加
えて、更新プロセス全体は調波或いは周波数「ビン」に
分解され、時間領域プロセスと比べるとこれがプロセス
の理解、従ってその制御を容易にする。本発明の好まし
い実施例では、フィルタ関数Ｗ1（ｚ）−ＷN（ｚ）を周
波数領域で発生させた後、時間領域の関数ｗ1（ｔ）−
ｗN（ｔ）へ変換する。時間領域の関数ｗ1（ｔ）−ｗN
（ｔ）は１組のバス２０（図３にはただ１つのバス２０
だけを示す）を介してＦＩＲフィルタＦＩＲ1−ＦＩＲN
へ送られる。
【００３８】適応制御システム１４はＦＩＲフィルタを
最適化する前にまずそのシステムを同定しなければなら
ない。システムの同定には、デジタル−アナログコンバ
ータ（図３のＤＡＣ）から拡声器Ｓn、拡声器Ｓnからエ
ラーマイクロフォンｅmへの音響パス、そして最後にア
ナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）の出力に至るそ
れぞれの伝達関数ｙmn（ｔ）の決定を伴う。これはデジ
タルランダム数発生器２２によりランダム数を発生さ
せ、これらの数をスイッチ１６を介してそれぞれのＦＩ
Ｒフィルタと自己相関及び相互相関データを計算する自
己相関及び相互相関ブロックの入力へ結合されたバス１
８へ出力させることにより行う。最終ステップとして、
自己相関及び相互相関データ、Ｒxx（ｔ）及びＲ
xe1（ｔ）−ＲxeM（ｔ）、は０挿入ブロック３２及びＦ
ＦＴブロック３４により２Ｈポイントの周波数領域デー
タ、Ｇxx（ｚ）及びＧxe1（ｚ）−ＧxeM（ｚ）、へ変換
される。
【００３９】システムの同定 システムの同定プロセスは以下のように要約できる。
【００４０】ステップ１：スイッチ１６をランダム数発
生器２２へセットする。
【００４１】ステップ２：ｎ＝１にセットする。
【００４２】ステップ３：ＦＩＲ係数Ｗn（ｈ）（ｈ＝
１乃至２Ｈ−１）を全て０にしてＷn（０）を１．０に
セットする。
【００４３】ステップ４：式（８）及び（９）を用い自
己相関及び相互相関データを計算する。
【００４４】ステップ５：Ｒxx（ｔ）及びＲxe1（ｔ）
−ＲxeM（ｔ）に０を挿入しそれぞれのＦＦＴを取って
Ｇxx（ｈ）及びＧxe1（ｈ）−ＧxeM（ｈ）を得る。ここ
でｈはＦＦＴの調波指数を表わし、０乃至２Ｈ−１から
値をとる。（指数ｈに対応する実施の周波数はサンプリ
ング周波数とポイント２Ｈの数の関数であり公知の方法
で求めることができる）。
【００４５】ステップ６：下記の公式を用いてＹ
mn（ｈ）を計算する。
【００４６】
【数１１】 上式において、ｈ＝０乃至Ｈ−１；ｍ＝１乃至Ｍ。
【００４７】ステップ７：ｎがＮ（二次音源の数）に等
しくなければ、ｎを１だけ増加させてステップ３乃至６
を繰り返す。
【００４８】ステップ８：以下に示すように各調波ｈに
つきＺ行列を計算する。
【００４９】Ｎ＝Ｍであれば、Ｚを以下のように計算す
る。
【００５０】ｈ＝１乃至Ｈ−１として、 ［Ｚmn（ｈ）］＝［Ｙmn（ｈ）］-1 （１２） Ｍ＞Ｎであれば、以下のごとくＺを計算する。
【００５１】ｈ＝０乃至Ｈ−１として ［Ｚmn（ｈ）］＝ ［Ｙmn（ｈ）］H［Ｙ（ｈ）］-1［Ｙ（ｈ）］H （１３） 式（１３）の上付き文字Ｈはエルミート作用素を表わ
す。
【００５２】適応 適応により各ＦＩＲフィルタの最適なフィルタ係数が求
まる。この適応プロセスは以下に示すように要約可能で
ある。
【００５３】ステップ１：スイッチ１６（図３）をマイ
クロフォン１２に結合した基準チャンネルのＡＤＣにセ
ットする。
【００５４】ステップ２：ｎ＝１乃至Ｎにつき全てのＦ
ＩＲ係数ｗn（ｔ）及びＷn（ｚ）を０にする。
【００５５】ステップ３：式（８）及び（９）を用いて
自己相関及び相互相関データを計算する。
【００５６】ステップ４：Ｒxx（ｔ）及びＲxel（ｔ）
−ＲxeM（ｔ）に０を挿入して２Ｈポイントの長さに
し、各々のＦＦＴをとってＧxx（ｈ）及びＧxe1（
ｈ）−ＧxeM（ｈ）を発生させ、ｎを１にセ
ットする。
【００５７】ステップ５：下式を用いて周波数領域フィ
ルタ係数Ｗn（ｈ）］を計算する。
【００５８】
【数１２】 ステップ６：Ｗn（ｈ）］を逆離散フーリエ変換して時
間領域係数ｗn（ｔ）］を得る。
【００５９】ステップ７：フィルタＦＩＲnに更新した
時間領域係数ｗn（ｔ）をロードする。
【００６０】ステップ８：ｎがＮ（二次音源の数）に等
しくなければ、ｎを１だけ増加させてステップ５乃至７
を繰り返す。
【００６１】能動制御に必要な条件 ランダムノイズを成功裡に減少させる能動制御では、以
下の条件（これを４つのＣと呼ぶ）を満足させなければ
ならない。
【００６２】（１）基準マイクロフォン信号と遠距離領
域の音圧との間に十分なコヒーレンス（coherence)が存
在する必要がある。
【００６３】（２）騒音源が複数ある場合、それらを合
体（coalesce)させて見掛け上１つの音源となるような
ものでなければならない。
【００６４】（３）基準信号のサンプリングは能動制御
システムの過渡応答を補償するため時間的に十分に前に
行う必要がある。これを因果律要件（causality)と呼
ぶ。
【００６５】（４）二次制御音源は相殺する音場を発生
させるに十分な容量をもつ必要がある。
【００６６】これら各要件を以下において簡単に説明す
る。
【００６７】コヒーレンス（Coherence) ２つの信号間のコヒーレンスは０から１００％の間で変
化する。排気スタック１０では、基準マイクロフォン１
２がスタック内部の音を検出して任意の他の騒音源の作
用を阻止するが、この音はスタック頂部における音及び
遠距離領域マイクロフォンｅ1−ｅMが検出する音と密接
な関係がある。即ち、コヒーレントであるはずである。
換言すれば、遠距離領域マイクロフォンが検出する音の
出力は排気スタック１０の頂部から出る音とほとんど１
００％の因果関係がある。しかしながら、実際は排気ス
タックの頂部からの遠距離領域マイクフォロンが検出す
る音の割合は他の無関係の騒音源（機械的パッケージ部
分、タービン入口及びタービンハウジングのような）が
発生する音が検出されるにつれて低下する。例えば、排
気スタック１０の頂部における音と遠距離領域マイクロ
フォンｅ1−ｅMが検出する音との間のコヒーレンスが６
０％である場合、遠距離領域において検出される音の出
力の４０％はタービンハウジング及び機械的パッケージ
部分のような他の騒音源と関係がある。所与の騒音制御
システムの値を評価するにあたりコヒーレンスの重要性
を説明するため、排気スタックから出る騒音全部が消滅
したと仮定する。そうすると遠距離領域における音の出
力は６０％だけ、即ち４ｄＢだけ減少する。
【００６８】以下に示す表は基準信号ｘ（ｔ）と遠距離
領域信号との間の所与のコヒーレンスに対する最大騒音
減少率の理論値を示す。
【００６９】
【表１】 合体（Coalescence) 燃焼タービンの燃焼室は別個のそして互いに非コヒーレ
ントの騒音源と考えることができる。各燃焼室から出る
音は排気部を通って排気スタックへ伝ぱんするにつれて
混り合い、即ち合体する。騒音が排気スタックで合体す
ると、スタックの任意の場所における音波はスタックの
任意の他の場所における音波と９０％以上のコヒーレン
スをもつ筈である。しかしながら、例えばプレナム及び
消音器を通る排気ガスの流れにより発生する乱流騒音は
排気スタック内で空間的に非コヒーレントの騒音を発生
させ、かくして排気スタックの２つの点における音の間
のコヒーレンスはこの２つの点の間の距離が増加するに
従って減少する。消音器を通る流れにより発生する乱流
騒音はしばしば「自己騒音」と呼ばれる。消音器を通っ
た後排気流から乱流が消えた場合、消音器における空間
的に非コヒーレントの音は排気スタックを上方へ伝ぱん
するにつれて再び合体する。
【００７０】因果律（Causality) 因果律とは、制御システム１４が基準信号のフィルタリ
ングを行い拡声器を駆動するためには、音が制御拡声器
Ｓ1−ＳNに到達する十分前に基準信号ｘ（ｔ）を得る必
要があるという条件のことである。制御システムの１つ
の実施例の過渡遅延は約３ミリ秒であり、拡声器の過渡
遅延は約１２ミリ秒である。従って、基準マイクロフォ
ンの入力から拡声器の音響出力までの全遅延時間は約１
５ミリ秒である。音の速度は１ミリ秒につき約１フィー
ト（３０センチ）であるから基準マイクロフォンは排気
スタックの頂部から約１５フィート（４．６メートル）
の所に配置する必要がある。この距離を短くしても用途
によっては満足な結果が得られる場合がある。
【００７１】容量または制御出力（Capacity or Contro
l Power) 拡声器Ｓ１−ＳＮには排気スタック１０から出る音と同
じ音響出力を発生する能力が必要がある。しかしなが
ら、独立の制御音源間の相互作用により、拡声器の特定
出力レベルは排気スタックが放射する出力レベルの少な
くとも２倍でなければならない。
【００７２】実験結果 本発明に従って３個の拡声器（即ち３つの二次音源）と
４個のエラーマイクロフォンをもつ能動制御システムに
ついてテストを行った。ローパスフィルタリング（０−
１００Ｈｚ）したランダム信号を一次騒音源拡声器への
駆動信号として、また基準信号ｘ（ｔ）として作用させ
た。フィルタ係数最適化プロセスをオペレータにより２
０−１７０Ｈｚに周波数制限した。２０Ｈｚ乃至１２０
Ｈｚの範囲において音圧レベル（ＳＰＬ）の減少は最大
２７ｄＢであった。１２０Ｈｚ乃至１６０Ｈｚの範囲で
はＳＰＬは僅かに増加した。この問題は上方の周波数限
界を１２０Ｈｚにセットすることによって解決した。
【００７３】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による騒音制御システムの概略図
である。
【図２】図２は発電システムに関連して用いる本発明の
騒音制御システムを示す。
【図３】図３は適応制御ブロック１４を強調した、図１
の騒音制御システムのさらに詳細なブロック図である。
【符号の説明】
ＮＳ 一次騒音源 Ｓ1−ＳN 二次騒音源拡声器 ｅ1−ｅM エラーマイクロフォン １０ 排気スタック １１ 燃焼タービン １２ 探査マイクロフォン １４ 適応制御システム
フロントページの続き (72)発明者 トーマス ハロルド パットマン アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ ストーンレッジ ドライブ 354

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気スタックから出る燃焼タービンのマ
    ルチモード音響騒音を制御する適応能動制御装置を備え
    た騒音制御システムであって、前記適応能動制御装置
    は、 （ａ）燃焼タービンが発生する騒音と相関関係にある基
    準信号を発生する基準手段と、 （ｂ）複数の二次音波を発生する二次音源手段と、 （ｃ）排気スタックの遠距離領域において複数の遠距離
    領域音波を検出し、各々が対応する遠距離領域音波の出
    力を表わす複数のエラー信号を発生する検出手段と、 （ｄ）遠距離領域音波の出力を最小限に抑えるように基
    準信号とエラー信号とに従って二次音源手段を制御する
    適応制御手段とよりなり、 前記適応制御手段は （ｉ）基準信号に基づき自己相関データを発生し、また
    基準信号及びエラー信号に基づき相互相関データを発生
    する相関手段と、 （ｉｉ）自己相関データ及び相互相関データに基づき自
    己スペクトルデータ及び相互スペクトルデータを発生す
    るＦＦＴ手段と、 （ｉｉｉ）基準手段に結合されて、各々が二次音源手段
    により発生される二次音波のうちの対応する１つの二次
    音波に関連する複数の重み関数に従って基準信号のフィ
    ルタリングを行い、フィルタリング済みの基準信号によ
    り二次音源手段の出力を制御するＦＩＲ手段と、 （ｉｖ）自己スペクトルデータ及び相互スペクトルデー
    タを処理して重み関数を導出しこの重み関数をＦＩＲ手
    段へ与える適応手段とより成ることを特徴とする騒音制
    御システム。
  2. 【請求項２】 前記基準手段は排気スタックの近距離領
    域の音響騒音を検出する手段よりなることを特徴とする
    請求項１の騒音制御システム。
  3. 【請求項３】 前記二次音源手段は複数の拡声器よりな
    ることを特徴とする請求項２の騒音制御システム。
  4. 【請求項４】 前記検出手段は排気スタックの遠距離領
    域に位置する複数のマイクロフォンよりなることを特徴
    とする請求項３の騒音制御システム。
  5. 【請求項５】 実質的にランダムな数を発生するランダ
    ム数手段と、ＦＩＲ手段の入力をランダム数手段へ切換
    える手段とをさらに含み、これによりシステム同定機能
    が実行されることを特徴とする請求項４の騒音制御シス
    テム。
  6. 【請求項６】 前記適応手段は重み関数をＦＩＲ手段へ
    与える前に逆高速フーリエ変換を行う逆ＦＦＴ手段をさ
    らに含むことを特徴とする請求項５の騒音制御システ
    ム。
  7. 【請求項７】 一次騒音源から出る騒音を制御する方法
    であって、 （ａ）一次騒音源から出る騒音と相関関係を有する基準
    信号を発生させ、 （ｂ）一次騒音源の近距離領域において複数の二次音波
    を発生させ、 （ｃ）一次騒音源の遠距離領域において複数の遠距離領
    域音波を検出して各々が対応する遠距離領域音波の出力
    を表わす複数のエラー信号を発生させ、 （ｄ）遠距離領域音波の出力を最小限に抑えるように基
    準信号及びエラー信号に従って二次音波の発生を制御す
    るステップよりなり、 前記制御ステップは （ｉ）基準信号に基づき自己相関データを、また基準信
    号とエラー信号に基づき相互相関データを発生させ、 （ｉｉ）自己相関データ及び相互相関データに基づき自
    己スペクトルデータ及び相互スペクトルデータを発生さ
    せ、 （ｉｉｉ）自己スペクトルデータ及び相互スペクトルデ
    ータを処理して複数の重み関数を導出し、 （ｉｖ）各々が対応する発生すべき二次音波と関連する
    重み関数に従って基準信号のフィルタリングを行い、フ
    ィルタリングした基準信号により二次音波の発生を制御
    するステップよりなることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 ステップ（ａ）は一次騒音源の近距離領
    域における音響騒音の検出を含むことを特徴とする請求
    項７の方法。
  9. 【請求項９】 ステップ（ｂ）は複数の拡声器の作動を
    含むことを特徴とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 ステップ（ｃ）は一次騒音源の遠距離
    領域に設置した複数のマイクロフォンによる遠距離領域
    音波の検出を含むことを特徴とする請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 ステップ（ｉｖ）は重み関数の逆高速
    フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項１０の方
    法。
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