JPH07271383A - 電子消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】騒音の中の発音体の再生できない周波数帯域の
騒音に対する対策、及び特定の周波数帯域に特化した騒
音に対する対策の講じられた電子消音装置を提供する。 【構成】騒音を検出する騒音検出手段９、騒音を打ち消
す音を発生する発音体１１、前記発音体１１によって低
減された騒音の残差を検出するエラー検出手段１０、検
出された騒音に基づいて前記発音体１１にその駆動信号
を供給する可変係数適応フィルタ１、前記残差をゼロに
するように前記適応フィルタ１の係数を更新する第１の
係数更新手段７、前記適応フィルタ１による所望の制御
周波数帯域以外の信号を取り出す逆特性フィルタ２、前
記適応フィルタ１の出力周波数特性を調整するために該
適応フィルタ１の係数を更新する第２の係数更新手段５
とより構成する。そして望ましくは前記第１及び第２係
数更新手段７、５の出力を切り換えるスイッチ部３を設
けるとともに、前記逆特性フィルタ２を、所望の帯域の
信号のみを取り出すバンドパスフィルタ、ハイパスフィ
ルタ、ローパスフィルタ、あるいはこれらのフィルタを
複数個直列につないだもので構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気調和機等の送風ダク
トに用いられて、該ダクトの騒音をアクティブに消音す
る電子消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題の一つとして大型空気調
和機の騒音、工場の機械騒音等の静音化が挙げられてい
る。

【０００３】騒音の静音化には、大きく分けて２つの取
り組み方があり、一つは吸音材の使用により騒音を吸収
する方法（消極的消音）と、騒音を打ち消す音の発生に
より騒音を打ち消す方法（積極的消音：アクティブ消
音）である。

【０００４】ところでアクティブ消音の場合、従来の装
置は例えば図３に示すように騒音を検出する第１マイク
ロフォン１９、低域フィルタ１５、可変係数適応フィル
タ１２、発音体（スピーカ）２１、エラー検出用第２マ
イクロフォン２０とからなり、前記第２マイクロフォン
２０の出力がゼロになるように前記低域フィルタ１５の
出力を空間特性１４で補正した信号と前記第２マイクロ
フォン２０の出力を低域フィルタ１５でフィルタリング
した信号との間で最小２乗平均（ＬＭＳ）法による演算
を行い前記適応フィルタの係数の更新を行う係数更新手
段１３とよりなる。

【０００５】なお、アクティブ消音の基本構成は図３の
構成の内のフィルタ１５を取り除いたものであり、図３
の構成は斯かる基本構成の消音装置に対して、高い周波
数帯域でのみアクティブ消音を行うためにフィルタ１５
を夫々第１マイクロフォン１、第２マイクロフォン２０
の出力に設けたものとなっている。

【０００６】斯かる構成において前記第１マイクロフォ
ン１９や第２マイクロフォンの出力は希望する帯域の低
域フィルタ１５によってフィルタリングされ、係数更新
手段の入力となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでアクティブ消
音を用いて騒音の低減化を図ろうとした時、前記発音体
２１では再生できない周波数帯域においては、発音体に
いくら駆動信号を送っても、発音体２１では再生できな
いため、駆動信号上では無限に大きな信号を作って発音
体２１に送りこもうとする状態が発生する。

【０００８】この結果、前記図３の回路の制御系が発散
し、回路の不安定化をもたらす問題点が生じる。またア
クティブ消音では、騒音を全帯域に亙って均一に低減す
ることは、必ずしも快適な音空間を得ることにはなら
ず、このため騒音の制御帯域の限定が必要となる場合も
ある。

【０００９】図３に示す従来例では、フィルタ１５を適
応フィルタ１２と直列に用いて、騒音のうち、希望制御
帯域のみを強調して制御した場合を示しており、このよ
うにすると強調処理にかかる分、信号の遅延量が増し、
第１マイクロフォン１９と発音体２１との間隔を大きく
採る必要が生じる。従って回路を構成する各構成要素の
設置場所によっては、ダクトＤ自身の大きさが拡大し、
問題となる。

【００１０】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、騒音の中の発音体の再生でき
ない周波数帯域の騒音に対する対策、及び特定の周波数
帯域に特化した騒音に対する対策の講じられた電子消音
装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、騒音を
検出する騒音検出手段、騒音を打ち消す音を発生する発
音体、前記発音体によって低減された騒音の残差を検出
するエラー検出手段、検出された騒音に基づいて前記発
音体にその駆動信号を供給する可変係数適応フィルタ、
前記残差をゼロにするように前記適応フィルタの係数を
更新する第１の係数更新手段、前記適応フィルタによる
所望の制御周波数帯域以外の信号を取り出す逆特性フィ
ルタ、前記適応フィルタの出力周波数特性を調整するた
めに該適応フィルタの係数を更新する第２の係数更新手
段とより構成する。

【００１２】そして望ましくは前記第１及び第２係数更
新手段の出力を切り換えるスイッチ部を設けるととも
に、前記逆特性フィルタを、所望の帯域の信号のみを取
り出すバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ローパ
スフィルタ、あるいはこれらのフィルタを複数個直列に
つないだもので構成する。

【００１３】さらに騒音検出手段及びエラー検出手段の
各々の出力にハイパスフィルタを接続するのが望まし
い。

【００１４】

【作用】上記構成により、発音体として低域まで出力で
きないような小型のスピーカを用いたとしても安定な電
子消音装置を構成することができる。また騒音の内の希
望する帯域のみを制御できる。

【００１５】しかも信号処理上の各部の遅延時間を変え
る必要がないので、回路を構成する各構成要素の設置場
所によるダクト等の制御対象物の大きさの拡大を防止で
きる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の電子消音装置をその一実施例に
ついて図面に基づき詳細に説明する。

【００１７】図１は回路の構成を示すブロック図であ
る。同図において、９は騒音検出用の第１マイクロフォ
ン、１は可変係数適応フィルタ、１１は発音体、１０は
エラー検出用第２マイクロフォン、６は発音体１１と第
２マイクロフォン１０との間の空間伝達特性フィルタ、
８は発音体１１と第２マイクロフォン１０との間の空間
伝達特性、２及び４は前記発音体１１の再生周波数特性
に対して逆の周波数特性を有するフィルタ、５及び７は
最小２乗平均（ＬＭＳ）法による係数更新手段、３は前
記２つの係数更新手段５、７に出力を切り換えるスイッ
チである。

【００１８】実際には図２に示すようにダクトＤの入口
に第１マイクロフォン９を設置し、出口側に第２マイク
ロフォン１０を設置し、これら両マイクロフォン９、１
０の間に発音体１１が設置される。

【００１９】なお前記逆特性フィルタ２と４の出力は周
波数特性が同じで位相のずれたものとなる。また上記構
成における前記発音体１１はその再生周波数帯域に制限
はなく、低域の周波数帯域に対して再生不能な小型のス
ピーカ（１００Ｈｚ以上）であっても良い。

【００２０】次に上記構成を有する電子消音装置の動作
について説明する。 （発音体１１の再生能力がない周波数帯域の対策）例え
ば従来、発音体１１として小型のスピーカを用い、前記
図２に示すようなダクトＤを用いてファン騒音の低減に
アクティブ消音を適用した場合、低周波数帯域において
適応フィルタ１が発音体１１に駆動信号を送っても発音
体がそれを再生できないため、適応フィルタ１が出力す
る駆動信号がどんどん大きくなり、回路の適応フィルタ
１の制御系が発散し、回路が不安定になった。

【００２１】これに対し本実施例によれば、用いた発音
体１１の再生能力が１００Ｈｚ以上でしかないので、１
００Ｈｚ以下の帯域の信号は駆動信号として発音体１１
に送ることは好ましくない。

【００２２】そこで図１に示すようにフィルタ２として
発音体１１の再生周波数特性と逆の特性を有するローパ
スフィルタを用いて、適応フィルタ１の出力をこのロー
パスフィルタ２に通し、通った出力を駆動信号の残差信
号として係数更新部５に入力する。

【００２３】また、前記フィルタ２と同じ特性のローパ
スフィルタ４を通った騒音信号を係数更新部５に入力し
て、双方の信号から最小２乗平均法により演算する。演
算の結果は、斯かる係数更新部５から適応フィルタ１の
係数の更新データとして出力され、スイッチ３の切り換
えにより、このデータが適応フィルタ１に送られて、該
フィルタ１の係数を駆動信号の残差信号がゼロに近づく
ように更新される。

【００２４】この時同時に第２マイクロフォン１０の検
出信号が騒音の残差信号として係数更新部７に入力され
る。さらに騒音は空間伝達特性フィルタ６を通って当該
係数更新部７へと入力され、双方の信号から最小２乗平
均法により演算される。

【００２５】演算の結果は、斯かる係数更新部７から適
応フィルタ１の係数の更新データとして出力され、スイ
ッチ３の切り換えにより、このデータが適応フィルタ１
に送られて、該フィルタ１の係数を騒音の残差信号がゼ
ロに近づくように更新される。

【００２６】上記構成の電子消音装置を用いて実験を行
った。実験方法としては、次の２つの方法で実験し、そ
れぞれの消音効果を検証した。一つの方法は図４に示す
ように、騒音の低域とそれ以外の帯域とに分けて別々の
回路ブロックにて適応フィルタ１の係数の更新を行う方
法である。

【００２７】この場合は、まずステップＳ１で適応フィ
ルタ１の出力信号のうちの低域成分をモニタする。次に
モニタされた低域成分の出力信号値が予め設定しておい
た値を越えるか越えないかを判定し、越えない場合はス
テップＳ２にて通常の騒音を消音するための回路ブロッ
ク（空間伝達特性フィルタ６と係数更新部７）にて適応
フィルタ１の係数の更新を行う。

【００２８】判定の結果予め設定いておいた値よりもモ
ニタされた出力信号が大きい場合は、ステップＳ３にて
騒音の内の低域成分を消音するための回路ブロック（逆
特性フィルタ２、４及び係数更新部５）にて係数の更新
を行う。

【００２９】多の一つの方法は図５に示すように騒音の
低域とそれ以外の帯域とを分けずに前記２つの回路ブロ
ックによる処理を連続して行う方法である。即ちステッ
プＳ４にてまず通常の騒音を消音するための回路ブロッ
クにて適応フィルタ１の係数の更新を行い、これに続け
てステップＳ５にて騒音のうちの低域成分を消音するた
めの回路ブロックにて適応フィルタ１の係数の更新を行
う。

【００３０】検証の結果、上記いずれの方法によって
も、発音体１１の出力不可能な低周波数成分を含まない
ような騒音低減のための信号のみを作り出すのに最適な
係数を有する適応フィルタ１が得られ、安定な電子消音
装置が構築された。

【００３１】なお、この実験での電子消音効果は、制御
帯域１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの場合で約１５ｄＢＡであっ
た。 （特定帯域のみのアクティブ消音の対策）ある特定の周
波数帯域のみ、消音を行わずにそのまま騒音を残したい
という場合が時によって生じることがある。本発明の装
置はこういった場合にも対処できる構成になっている。

【００３２】即ち、図１の構成において、逆特性フィル
タ２として前記特定の周波数帯域のみを通過させるバン
ドパスフィルタ、ハイパスフィルタあるいはローパスフ
ィルタを用いるか、またはこれらのフィルタを複数個直
列につないだものを用いる。

【００３３】こうしておいてから当該逆特性フィルタ２
を通過してきた発音体１１の出力信号を残差信号として
係数更新部５にて最小２乗平均法による処理を行い、係
数更新部５の出力を適応フィルタ１に送って該適応フィ
ルタ１の係数更新に用いる。この結果騒音のなかの残し
ておきたい周波数帯域の信号を含まない発音体１１の駆
動信号のみを出力する適応フィルタが形成される。

【００３４】なお以上説明した２つの対策に斯かる電子
消音装置は、ヘッドフォンタイプの電子消音装置はもち
ろんのこと、ノイズチェアタイプの電子消音装置等のさ
まざまな形の電子消音装置に適用可能であると共に、音
場制御用の適応フィルタを有するあらゆるシステムに適
用することが可能である。

【００３５】（他の実施例）図６は前記図１の装置構成
と図３の装置構成の良いところ同士を組み合わせた実施
例であり、図１の構成に加えてハイパスフィルタ１５を
図６のように第１マイクロフォン９と空間伝達特性フィ
ルタ６との間、及び第２マイクロフォン１０と係数更新
部７との間に設けたものである。

【００３６】この実施例では騒音の低減効果を比較すれ
ば図１及び図３のものと同等のものが得られ、しかも制
御系の収束、即ち適応フィルタ１の係数の収束性が他の
ものに比べて早いのが特徴であり、従って騒音の低減に
要する時間が比較的少なくて済むという新たなる効果が
期待できる。

【００３７】（検証）図７に示すような周波数特性を有
する騒音を作り、これを上記の電子消音装置にて低減す
ることで、効果の検証を行った。

【００３８】そして検証に用いた発音体１１の周波数特
性は図８に示すような１４０Ｈｚ以下ではゲインの少な
い小型のスピーカを用いた。また逆特性フィルタ２、４
の周波数特性は図９に示すように２００Ｈｚ以下ではゲ
インの小さいローパスフィルタを用いた。

【００３９】まず図１の実施例の構成で消音効果を測定
した。図１０にその結果を示す。発音体１１への低域入
力信号の２乗平均値を縦軸にとり、横軸に相対時間をと
ったかかる特性図を見ると、逆特性フィルタ２、４を使
わない低域除去なしの特性は時間の経過と共に２乗平均
値が増大するのに比べ、逆特性フィルタ２、４を用いて
低域除去した入力信号を発音体１１に供給したものでは
時間の経過にかあくゎらず、安定な値を保っていること
が明らかである。

【００４０】また図６の実施例においてハイパスフィル
タ１５として図１１に示すような周波数特性（１００Ｈ
ｚ以下でゲインが大きい）も有するものを用いて消音の
効果を測定した。

【００４１】図１２は図１の実施例と図６の実施例によ
る消音の効果を比較した図であり、ローパスフィルタの
みの場合よりも、ローパスフィルタとハイパスフィルタ
を併用した場合の方が相対騒音レベルが速く収束するこ
とがわかる。

【００４２】さらに図１３に示すように、発音体１１に
対する低域入力信号の２乗平均値の特性を見ると、この
場合は騒音の低域成分がある定められた値を越えた時に
ローパスフィルタを用いた制御に切り換えるという方法
をとった場合に、その低域成分の増加速度が極めて速
く、対応する制御の切り換え回数が極めて多くなる（２
００単位時間で５２回）。

【００４３】これに対し、ハイパスフィルタを併用した
ものでは騒音の低域成分の増加速度が低く抑えられ、制
御の切り換え回数は少なくて済む（２００単位時間で２
回）ようになることが明らかである。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上の説明のように構成したこ
とにより、 １、装置を構成する各部の処理時間による遅延時間を増
大させることなく、且つ装置の規模を拡大することな
く、従来の規模を維持したまま安定な制御が行える電子
消音装置を提供でき、 ２、しかもユーザの好みに合わせた騒音の中の任意の周
波数帯域の消音が行える効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子消音装置の一実施例を示す回路ブ
ロック図である。

【図２】図１を構成する発音体及び第１、第２マイクロ
フォンの設置例を示す外観斜視図である。

【図３】図１に相当する従来の電子消音装置の例を示す
回路ブロック図である。

【図４】実験に使用した装置の動作例を示すフローチャ
ートである。

【図５】実験に使用した装置の他の動作例を示すフロー
チャートである。

【図６】図１に相当する他の実施例を示す回路ブロック
図である。

【図７】騒音の周波数特性を示す図である。

【図８】発音体の周波数特性を示す図である。

【図９】逆特性フィルタの周波数特性を示す図である。

【図１０】逆特性フィルタによる消音効果を説明する図
である。

【図１１】ハイパスフィルタの周波数特性を示す図であ
る。

【図１２】ハイパスフィルタによる相対騒音レベルに対
する効果を示す図である。

【図１３】ハイパスフィルタによる発音体への入力信号
に対する効果を示す図である。

【符号の説明】

１ 適応フィルタ ２、４ 逆特性フィルタ ３ スイッチ部 ５、７ 係数更新部 ６ 空間伝達特性フィルタ ９ 騒音検出用マイクロフォン １０ エラー検出用マイクロフォン １１ 発音体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 騒音を検出する騒音検出手段、騒音を打
   ち消す音を発生する発音体、前記発音体によって低減さ
   れた騒音の残差を検出するエラー検出手段、検出された
   騒音に基づいて前記発音体にその駆動信号を供給する可
   変係数適応フィルタ、前記残差をゼロにするように前記
   適応フィルタの係数を更新する第１の係数更新手段、前
   記適応フィルタによる所望の制御周波数帯域以外の信号
   を取り出す逆特性フィルタ、前記適応フィルタの出力周
   波数特性を調整するために該適応フィルタの係数を更新
   する第２の係数更新手段とよりなる電子消音装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２係数更新手段の出力を
   切り換えるスイッチ部を設けてなる請求項１記載の電子
   消音装置。
3. 【請求項３】 前記逆特性フィルタは、所望の帯域の信
   号のみを取り出すバンドパスフィルタ、ハイパスフィル
   タ、ローパスフィルタ、あるいはこれらのフィルタを複
   数個直列につないだものである請求項１または２記載の
   電子消音装置。
4. 【請求項４】 騒音検出手段の出力及びエラー検出手段
   の出力に夫々ハイパスフィルタを接続してなる請求項
   １、２または４記載の電子消音装置。