JPH0973295A - 能動制御装置 - Google Patents
能動制御装置Info
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- JPH0973295A JPH0973295A JP7227779A JP22777995A JPH0973295A JP H0973295 A JPH0973295 A JP H0973295A JP 7227779 A JP7227779 A JP 7227779A JP 22777995 A JP22777995 A JP 22777995A JP H0973295 A JPH0973295 A JP H0973295A
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- filter
- adaptive digital
- digital filter
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- Feedback Control In General (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】適応ディジタルフィルタが用いられる能動制御
装置において、サンプリング周波数の増加に伴うフィル
タ演算量の増加を必要最小限に抑制する。 【解決手段】信号u(n)を入力し、制御信号y(n)
を出力するトランスバーサルフィルタにおいて、そのイ
ンパルスレスポンスh(n)が一定の時間間隔おきに値
を持ち、その他の時間において実質的に0となるよう
に、前記インパルスレスポンスが調整される。従って、
トランスバーサルフィルタの各遅延タップには、前記一
定間隔おきに、前記インパルスレスポンスに相当するフ
ィルタ係数との積をとる乗算ブロックが備わっている。
さらに、そのフィルタ係数の更新は前記一定時間間隔お
きに実行される。
装置において、サンプリング周波数の増加に伴うフィル
タ演算量の増加を必要最小限に抑制する。 【解決手段】信号u(n)を入力し、制御信号y(n)
を出力するトランスバーサルフィルタにおいて、そのイ
ンパルスレスポンスh(n)が一定の時間間隔おきに値
を持ち、その他の時間において実質的に0となるよう
に、前記インパルスレスポンスが調整される。従って、
トランスバーサルフィルタの各遅延タップには、前記一
定間隔おきに、前記インパルスレスポンスに相当するフ
ィルタ係数との積をとる乗算ブロックが備わっている。
さらに、そのフィルタ係数の更新は前記一定時間間隔お
きに実行される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サやディジタルシグナルプロセッサ(DSP)等で構成
した適応ディジタルフィルタを用いて騒音や振動等の能
動制御を行う能動制御装置に関するものである。
サやディジタルシグナルプロセッサ(DSP)等で構成
した適応ディジタルフィルタを用いて騒音や振動等の能
動制御を行う能動制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は能動制御方法を騒音制御に応用し
たシステムの構成図である。騒音源1から発せられた騒
音は、マイクロホン2で検出され、ローパスフィルタで
構成したアンチエリアジングフィルタ3を介してADコ
ンバータ4に送られる。ADコンバータ4はリファレン
ス信号u(n)を信号処理部5に送る。
たシステムの構成図である。騒音源1から発せられた騒
音は、マイクロホン2で検出され、ローパスフィルタで
構成したアンチエリアジングフィルタ3を介してADコ
ンバータ4に送られる。ADコンバータ4はリファレン
ス信号u(n)を信号処理部5に送る。
【0003】DAコンバータ6は信号処理部5から制御
信号y(n)を入力してアナログ信号に変換し、ローパス
フィルタで構成したアンチエリアジングフィルタ7を介
して2次音源であるスピーカ8に出力する。スピーカ8
から出力された音波は騒音源1から発せられた音波と干
渉し、干渉後の騒音は残留騒音としてマイクロホン9で
検出され、ローパスフィルタで構成したアンチエリアジ
ングフィルタ10を介してADコンバータ11に入力さ
れる。ADコンバータ11は残留騒音を誤差信号e(n)
として信号処理部5に送る。
信号y(n)を入力してアナログ信号に変換し、ローパス
フィルタで構成したアンチエリアジングフィルタ7を介
して2次音源であるスピーカ8に出力する。スピーカ8
から出力された音波は騒音源1から発せられた音波と干
渉し、干渉後の騒音は残留騒音としてマイクロホン9で
検出され、ローパスフィルタで構成したアンチエリアジ
ングフィルタ10を介してADコンバータ11に入力さ
れる。ADコンバータ11は残留騒音を誤差信号e(n)
として信号処理部5に送る。
【0004】信号処理部5は、リファレンス信号u(n)
を入力し制御信号y(n)を出力する適応ディジタルフィ
ルタ12、およびリファレンス信号u(n)と誤差信号e
(n)を入力して適応ディジタルフィルタ12のフィルタ
係数ai(n)を逐次更新する係数更新部13から構成さ
れる。ここで、適応ディジタルフィルタ12を長さIの
有限インパルスレスポンス(FIR)フィルタであると
すると、入出力関係は、
を入力し制御信号y(n)を出力する適応ディジタルフィ
ルタ12、およびリファレンス信号u(n)と誤差信号e
(n)を入力して適応ディジタルフィルタ12のフィルタ
係数ai(n)を逐次更新する係数更新部13から構成さ
れる。ここで、適応ディジタルフィルタ12を長さIの
有限インパルスレスポンス(FIR)フィルタであると
すると、入出力関係は、
【0005】
【数1】
【0006】となる。このとき適応ディジタルフィルタ
12のインパルスレスポンスh(n)は、 h(n)=an (n=0,・・・,I−1) (2) である。
12のインパルスレスポンスh(n)は、 h(n)=an (n=0,・・・,I−1) (2) である。
【0007】一方、係数更新部13では誤差信号e(n)
のパワーを小さくするように、フィルタ係数aiが、 ai(n+1)=ai(n)−αr(n−i)e(n) (3) で更新される。ここで、αは正の小さな値である。ま
た、r(n)は、
のパワーを小さくするように、フィルタ係数aiが、 ai(n+1)=ai(n)−αr(n−i)e(n) (3) で更新される。ここで、αは正の小さな値である。ま
た、r(n)は、
【0008】
【数2】
【0009】で計算される。ここで、ck(k=0,・
・・,k−1)は、適応ディジタルフィルタ12の出力
y(n)が係数更新部13まで伝搬する過程の伝達関数の
インパスル応答である。
・・,k−1)は、適応ディジタルフィルタ12の出力
y(n)が係数更新部13まで伝搬する過程の伝達関数の
インパスル応答である。
【0010】上記のシステムでは、適応ディジタルフィ
ルタ12のフィルタ係数の数が多くなると式(1)、式
(3)の演算量が多くなるため、複数のDSPにこれら
の演算を分割して処理させる方法が提案されている。
ルタ12のフィルタ係数の数が多くなると式(1)、式
(3)の演算量が多くなるため、複数のDSPにこれら
の演算を分割して処理させる方法が提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】能動制御において、物
理現象量と相関のあるリファレンス信号を入力し、これ
を適応ディジタル信号処理して制御信号を出力すること
により、物理現象量を制御する場合、その入力から、制
御のための物理量が出力されるまでの時間遅れを可能な
限り最小にする必要が生じる。特に制御対象である物理
現象量がランダムに変動する場合に重要な課題となる。
理現象量と相関のあるリファレンス信号を入力し、これ
を適応ディジタル信号処理して制御信号を出力すること
により、物理現象量を制御する場合、その入力から、制
御のための物理量が出力されるまでの時間遅れを可能な
限り最小にする必要が生じる。特に制御対象である物理
現象量がランダムに変動する場合に重要な課題となる。
【0012】ディジタル制御回路における主な遅延要素
は、AD変換前、およびDA変換後に、アンチエリアジ
ングフィルタ3およびアンチエリアジングフィルタ7と
して用いられるアナログのローパスフィルタ、およびD
SP等による演算時間である。このなかでも、ローパス
フィルタの遅延が大半をしめている。
は、AD変換前、およびDA変換後に、アンチエリアジ
ングフィルタ3およびアンチエリアジングフィルタ7と
して用いられるアナログのローパスフィルタ、およびD
SP等による演算時間である。このなかでも、ローパス
フィルタの遅延が大半をしめている。
【0013】ローパスフィルタの遅延を小さくするに
は、遮断周波数を高域側にシフトさせるか、遮断特性の
緩やかな低次のフィルタを用いればよいが、同時にディ
ジタル処理におけるサンプリング周波数もこれに応じて
高くしなければならない。しかし、サンプリング周波数
を高く設定すれば、これに応じて適応ディジタルフィル
タのフィルタ係数の数を増加させる必要が生じ、このた
めに演算量の大幅な増加を招くという問題があった。
は、遮断周波数を高域側にシフトさせるか、遮断特性の
緩やかな低次のフィルタを用いればよいが、同時にディ
ジタル処理におけるサンプリング周波数もこれに応じて
高くしなければならない。しかし、サンプリング周波数
を高く設定すれば、これに応じて適応ディジタルフィル
タのフィルタ係数の数を増加させる必要が生じ、このた
めに演算量の大幅な増加を招くという問題があった。
【0014】本発明は上述のような問題点に鑑み、能動
制御における適応ディジタルフィルタの演算、およびそ
のフィルタ係数更新の演算を従来に比べて少ない演算量
で実行できるようにした能動制御装置を提供するもので
ある。
制御における適応ディジタルフィルタの演算、およびそ
のフィルタ係数更新の演算を従来に比べて少ない演算量
で実行できるようにした能動制御装置を提供するもので
ある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、請求項1の発明は、物理現象量と相関を有するリフ
ァレンス信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を
施し、制御信号y(n)を出力することにより、前記物理
現象量を希望する量に近づけるようにする能動制御装置
において、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信
号処理を施す適応ディジタルフィルタ手段と、該適応デ
ィジタルフィルタ手段の時間nにおけるインパルスレス
ポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、その間
の時間では実質的に0となるように前記インパルスレス
ポンスh(n)を調整する調整手段を設けた構成にする。
め、請求項1の発明は、物理現象量と相関を有するリフ
ァレンス信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を
施し、制御信号y(n)を出力することにより、前記物理
現象量を希望する量に近づけるようにする能動制御装置
において、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信
号処理を施す適応ディジタルフィルタ手段と、該適応デ
ィジタルフィルタ手段の時間nにおけるインパルスレス
ポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、その間
の時間では実質的に0となるように前記インパルスレス
ポンスh(n)を調整する調整手段を設けた構成にする。
【0016】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明において、前記調整手段による適応ディジタル
フィルタのインパルスレスポンスh(n)の調整が、その
絶対値の最も大きい時間nの周辺についてのみその値を
実質的0に固定することなく、前記物理現象量を希望す
る量に近づけるような構成にする。
載の発明において、前記調整手段による適応ディジタル
フィルタのインパルスレスポンスh(n)の調整が、その
絶対値の最も大きい時間nの周辺についてのみその値を
実質的0に固定することなく、前記物理現象量を希望す
る量に近づけるような構成にする。
【0017】また、請求項3記載の発明は、物理現象量
と相関を有するリファレンス信号u(n)を入力して、こ
れに適応信号処理を施し、制御信号y(n)を出力するこ
とにより、前記物理現象量を希望する量に近づけるよう
にする能動制御装置において、前記リファレンス信号u
(n)に対して適応信号処理を施し、物理現象量を希望量
に近づけるように調整される第1及び第2の適応ディジ
タルフィルタ手段と、前記第1或いは第2のいずれかの
適応ディジタルフィルタ手段は、時間nにおけるインパ
ルスレスポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有
し、その間の時間では実質的に0となるように調整する
調整手段を設ける。
と相関を有するリファレンス信号u(n)を入力して、こ
れに適応信号処理を施し、制御信号y(n)を出力するこ
とにより、前記物理現象量を希望する量に近づけるよう
にする能動制御装置において、前記リファレンス信号u
(n)に対して適応信号処理を施し、物理現象量を希望量
に近づけるように調整される第1及び第2の適応ディジ
タルフィルタ手段と、前記第1或いは第2のいずれかの
適応ディジタルフィルタ手段は、時間nにおけるインパ
ルスレスポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有
し、その間の時間では実質的に0となるように調整する
調整手段を設ける。
【0018】このように本発明によれば、物理現象量と
相関を有するリファレンス信号u(n)を入力して、これ
に適応信号処理を施し、制御信号y(n)を出力すること
により、前記物理現象量を希望する量に近づけるように
する能動制御装置において、前記リファレンス信号u
(n)に対して適応信号処理が適応ディジタルフィルタ手
段によって実行され、そのディジタルフィルタ手段の時
間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間
隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0とな
るように前記インパルスレスポンスh(n)の調整を行う
とき、適応ディジタルフィルタの入出力関係は、
相関を有するリファレンス信号u(n)を入力して、これ
に適応信号処理を施し、制御信号y(n)を出力すること
により、前記物理現象量を希望する量に近づけるように
する能動制御装置において、前記リファレンス信号u
(n)に対して適応信号処理が適応ディジタルフィルタ手
段によって実行され、そのディジタルフィルタ手段の時
間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間
隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0とな
るように前記インパルスレスポンスh(n)の調整を行う
とき、適応ディジタルフィルタの入出力関係は、
【0019】
【数3】
【0020】で表される。ここでxは2以上の正の整数
である。またIはxで割り切れるものとする。
である。またIはxで割り切れるものとする。
【0021】式(5)では適応ディジタルフィルタの出
力y(n)を計算する際、実質的0のインパルスレスポン
スに対応するフィルタ係数に関する積和演算を行わない
ようにしているため演算量が少なくなるのは明かであ
る。従って本発明によればサンプリング周波数を仮に2
倍に上げても、x=2とすれば適応ディジタルフィルタ
のフィルタ係数の数は増加しないため、演算量の増加を
最小限度に抑制することができる。
力y(n)を計算する際、実質的0のインパルスレスポン
スに対応するフィルタ係数に関する積和演算を行わない
ようにしているため演算量が少なくなるのは明かであ
る。従って本発明によればサンプリング周波数を仮に2
倍に上げても、x=2とすれば適応ディジタルフィルタ
のフィルタ係数の数は増加しないため、演算量の増加を
最小限度に抑制することができる。
【0022】サンプリング周波数がfsですべてのフィ
ルタ係数が使用される場合、およびサンプリング周波数
が2fsで、式(5)におけるxが2の場合の適応ディ
ジタルフィルタの作用を示す概念図を図5に示す。図5
(a)は適応ディジタルフィルタのインパルスレスポン
ス例を示している。図5(a−1)はサンプリング周波
数がfsの場合、図5(a−2)はサンプリング周波数
が2fsで、かつx=1の場合、図5(a−3)はサン
プリング周波数が2fsで、かつx=2の場合であり、
本発明に関わる例である。
ルタ係数が使用される場合、およびサンプリング周波数
が2fsで、式(5)におけるxが2の場合の適応ディ
ジタルフィルタの作用を示す概念図を図5に示す。図5
(a)は適応ディジタルフィルタのインパルスレスポン
ス例を示している。図5(a−1)はサンプリング周波
数がfsの場合、図5(a−2)はサンプリング周波数
が2fsで、かつx=1の場合、図5(a−3)はサン
プリング周波数が2fsで、かつx=2の場合であり、
本発明に関わる例である。
【0023】従来技術によればサンプリング周波数を2
fsにした場合、図5(a−2)のように、インパルス
レスポンスの時間間隔が1/2になり、調整すべきフィ
ルタ係数の数は2倍になる。この発明においては、図5
(a−3)に示すように、x=2おきに値を有し、それ
らの間では実質的に0にするため調整すべきフィルタ係
数の増加はない。
fsにした場合、図5(a−2)のように、インパルス
レスポンスの時間間隔が1/2になり、調整すべきフィ
ルタ係数の数は2倍になる。この発明においては、図5
(a−3)に示すように、x=2おきに値を有し、それ
らの間では実質的に0にするため調整すべきフィルタ係
数の増加はない。
【0024】図5(b)は、図5(a)に示したインパ
ルスレスポンスの相違に対する周波数応答の相違を示す
概念図である。図5(b−1)は図5(a−1)に対応
した周波数応答を示し、その処理帯域はfs/2以下で
ある。従来技術によれば図5(b−2)のようになり、
周波数応答はサンプリング周波数fsの場合と同様で、
処理帯域はfsまでのびる。
ルスレスポンスの相違に対する周波数応答の相違を示す
概念図である。図5(b−1)は図5(a−1)に対応
した周波数応答を示し、その処理帯域はfs/2以下で
ある。従来技術によれば図5(b−2)のようになり、
周波数応答はサンプリング周波数fsの場合と同様で、
処理帯域はfsまでのびる。
【0025】一方、この発明の場合は図5(b−3)に
示すように、図5(b−1)の特性をfs/2の周波数
で高周波側に折り返した周波数応答となる。能動制御の
対象とする物理現象量の周波数帯域がfs/2以下であ
るならば、図5(b−3)のfs/2以上の周波数域で
の特性は、問題にならない。従ってAD変換前のローパ
スフィルタでfs/2以上の周波数をカットして適応デ
ィジタルフィルタに入力すればよい。
示すように、図5(b−1)の特性をfs/2の周波数
で高周波側に折り返した周波数応答となる。能動制御の
対象とする物理現象量の周波数帯域がfs/2以下であ
るならば、図5(b−3)のfs/2以上の周波数域で
の特性は、問題にならない。従ってAD変換前のローパ
スフィルタでfs/2以上の周波数をカットして適応デ
ィジタルフィルタに入力すればよい。
【0026】また、適応ディジタルフィルタの処理帯域
は、周波数fsまであるため、DA変換後のローパスフ
ィルタはfs以上の周波数をカットすれば良いので、D
A変換後のローパスフィルタの遮断周波数はfsに上げ
ることができる。したがって、最小限の演算量の増加
で、DA変換後のローパスフィルタ部の遅延を少なくす
ることが可能になる。
は、周波数fsまであるため、DA変換後のローパスフ
ィルタはfs以上の周波数をカットすれば良いので、D
A変換後のローパスフィルタの遮断周波数はfsに上げ
ることができる。したがって、最小限の演算量の増加
で、DA変換後のローパスフィルタ部の遅延を少なくす
ることが可能になる。
【0027】さらに、fs/2以上の周波数について
は、それ以下の周波数域の特性が折り返されるため、フ
ィルタ係数の調整はサンプリング周波数fsで行っても
差し支えない。したがって、適応ディジタルフィルタの
フィルタ係数の逐次調整のための演算は、前記一定時間
間隔xおきに実行することが可能であり、その結果演算
量は削減されることになる。
は、それ以下の周波数域の特性が折り返されるため、フ
ィルタ係数の調整はサンプリング周波数fsで行っても
差し支えない。したがって、適応ディジタルフィルタの
フィルタ係数の逐次調整のための演算は、前記一定時間
間隔xおきに実行することが可能であり、その結果演算
量は削減されることになる。
【0028】上述の手段を用いれば、サンプリング周波
数を上げることによる、演算量の増加を従来より少なく
抑えることができるが、この場合、低次のフィルタを用
いて遅延を小さくできるのは、DA変換後のローパスフ
ィルタだけであった。そこで、AD変換前のローパスフ
ィルタについてもより低次のフィルタで対応できるよう
にするため、適応ディジタルフィルタのインパルスレス
ポンスh(n)において、その絶対値の最も大きな時間n
の周辺についてのみその値を実質的0に固定することな
く、前記物理現象量を希望する量に近づけるように調整
する。
数を上げることによる、演算量の増加を従来より少なく
抑えることができるが、この場合、低次のフィルタを用
いて遅延を小さくできるのは、DA変換後のローパスフ
ィルタだけであった。そこで、AD変換前のローパスフ
ィルタについてもより低次のフィルタで対応できるよう
にするため、適応ディジタルフィルタのインパルスレス
ポンスh(n)において、その絶対値の最も大きな時間n
の周辺についてのみその値を実質的0に固定することな
く、前記物理現象量を希望する量に近づけるように調整
する。
【0029】このとき、図5(b)におけるfs/2以
上の周波数においては物理現象量を制御しないという条
件で希望量が設定されたとするならば、実質的0の固定
を解除されたインパルスレスポンスの部分は、図5(b
−3)におけるfs/2以上の周波数帯域のゲインを低
下させる作用をする。その結果、AD変換前のローパス
フィルタ3の次数の低減が可能になる。
上の周波数においては物理現象量を制御しないという条
件で希望量が設定されたとするならば、実質的0の固定
を解除されたインパルスレスポンスの部分は、図5(b
−3)におけるfs/2以上の周波数帯域のゲインを低
下させる作用をする。その結果、AD変換前のローパス
フィルタ3の次数の低減が可能になる。
【0030】前記物理現象を希望量に近づけるようにす
べてのフィルタ係数が調整される第1の適応ディジタル
フィルタと、その後段に第2の適応ディジタルフィルタ
を有し、この第2の適応ディジタルフィルタはその時間
nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間隔
xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0となる
ようにする場合の作用について次に述べる。
べてのフィルタ係数が調整される第1の適応ディジタル
フィルタと、その後段に第2の適応ディジタルフィルタ
を有し、この第2の適応ディジタルフィルタはその時間
nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間隔
xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0となる
ようにする場合の作用について次に述べる。
【0031】ここで言う第2の適応ディジタルフィルタ
は、図5(a−3)、(b−3)で示したものと同様の
作用を有する。第1の適応ディジタルフィルタは、図5
(b)におけるfs/2以上の周波数においては物理現
象量を制御しないと言う条件で希望量が設定されたとす
るならば、図5(b−3)におけるfs/2以上の周波
数帯域のゲインを低下させる作用を有する。その結果、
AD変換前のローパスフィルタ3の次数の低減が可能に
なる。第1の適応ディジタルフィルタと第2の適応ディ
ジタルフィルタの接続順序を入換えた信号処理構成を用
いてたばあいも同様の作用となる。
は、図5(a−3)、(b−3)で示したものと同様の
作用を有する。第1の適応ディジタルフィルタは、図5
(b)におけるfs/2以上の周波数においては物理現
象量を制御しないと言う条件で希望量が設定されたとす
るならば、図5(b−3)におけるfs/2以上の周波
数帯域のゲインを低下させる作用を有する。その結果、
AD変換前のローパスフィルタ3の次数の低減が可能に
なる。第1の適応ディジタルフィルタと第2の適応ディ
ジタルフィルタの接続順序を入換えた信号処理構成を用
いてたばあいも同様の作用となる。
【0032】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態に係わ
る能動騒音制御装置の要部の構成を説明するためのブロ
ック図であり、図4に示した能動騒音制御装置における
適応ディジタルフィルタ12の部分の詳細な構成を示
し、その他の構成は図4と同様である。図1において、
(c)は本発明を従来技術との比較の上で説明するため
に示した従来技術における適応ディジタルフィルタの構
成であり、サンプリング周波数をfsとする。ディジタ
ルフィルタは複数の単位遅延ブロック14、乗算ブロッ
ク15、加算ブロック16からなり、リファレンス信号
u(n)を入力し、制御信号y(n)を出力する。この場合
の入出力関係は、
る能動騒音制御装置の要部の構成を説明するためのブロ
ック図であり、図4に示した能動騒音制御装置における
適応ディジタルフィルタ12の部分の詳細な構成を示
し、その他の構成は図4と同様である。図1において、
(c)は本発明を従来技術との比較の上で説明するため
に示した従来技術における適応ディジタルフィルタの構
成であり、サンプリング周波数をfsとする。ディジタ
ルフィルタは複数の単位遅延ブロック14、乗算ブロッ
ク15、加算ブロック16からなり、リファレンス信号
u(n)を入力し、制御信号y(n)を出力する。この場合
の入出力関係は、
【0033】
【数4】
【0034】で表される。aiはフィルタ係数であり、
Iはフィルタ長である。また、このときの単位遅延ブロ
ック14における遅延Tは1/fsである。
Iはフィルタ長である。また、このときの単位遅延ブロ
ック14における遅延Tは1/fsである。
【0035】一方、図1(a)は本発明に用いる適応デ
ィジタルフィルタの第1の実施形態の構成図であり、図
1(c)に示す従来例に対応する部分は同一符号で示
す。この場合のサンプリング周波数は2fsとなってお
り、したがって単位遅延ブロック14の遅延はT/2と
なる。図1(c)に示す従来例の場合と同様の周波数分
解能を維持するためにはフィルタ長は2I必要となる
が、図1(a)に示す本発明の第1の実施形態では、乗
算ブロック15のフィルタ係数を1つおきに0に固定す
ることにより、実質的にはこれに対応する乗算ブロック
が削除されている。このときの入出力関係は、
ィジタルフィルタの第1の実施形態の構成図であり、図
1(c)に示す従来例に対応する部分は同一符号で示
す。この場合のサンプリング周波数は2fsとなってお
り、したがって単位遅延ブロック14の遅延はT/2と
なる。図1(c)に示す従来例の場合と同様の周波数分
解能を維持するためにはフィルタ長は2I必要となる
が、図1(a)に示す本発明の第1の実施形態では、乗
算ブロック15のフィルタ係数を1つおきに0に固定す
ることにより、実質的にはこれに対応する乗算ブロック
が削除されている。このときの入出力関係は、
【0036】
【数5】
【0037】で表される。したがって、入力u(n)から
出力y(n)を求めるための積和演算の数は図1(c)に
示す従来例の場合と同じであり、増加しない。この実施
形態は、先に述べた一定時間間隔xが2に相当するもの
である。
出力y(n)を求めるための積和演算の数は図1(c)に
示す従来例の場合と同じであり、増加しない。この実施
形態は、先に述べた一定時間間隔xが2に相当するもの
である。
【0038】フィルタ係数aiの更新に関する演算につ
いては、サンプリング周波数fsで実行する。図1
(a)に示す第1の実施形態では適応ディジタルフィル
タのサンプリング周波数を2fsとしているので、フィ
ルタ係数の更新は2回のサンプリングに対して1回行う
ことになる。フィルタ係数の更新は図4に示す係数更新
部13において、filtered-x LMS アルゴリズムを用
い、 ai(n+1)=ai(n)−αr(n−i)e(n) (8) で更新される。ここで、αは正の小さな値である。ま
た、r(n)は、
いては、サンプリング周波数fsで実行する。図1
(a)に示す第1の実施形態では適応ディジタルフィル
タのサンプリング周波数を2fsとしているので、フィ
ルタ係数の更新は2回のサンプリングに対して1回行う
ことになる。フィルタ係数の更新は図4に示す係数更新
部13において、filtered-x LMS アルゴリズムを用
い、 ai(n+1)=ai(n)−αr(n−i)e(n) (8) で更新される。ここで、αは正の小さな値である。ま
た、r(n)は、
【0039】
【数6】
【0040】で計算される。ここで、ck(k=0,・
・・、k−1)は、図4において適応ディジタルフィル
タ12の出力y(n)が係数更新部13まで伝播する過程
の伝達関数のインパルス応答である。式(8)、および
式(9)の演算は2回のサンプリングに1回行う。
・・、k−1)は、図4において適応ディジタルフィル
タ12の出力y(n)が係数更新部13まで伝播する過程
の伝達関数のインパルス応答である。式(8)、および
式(9)の演算は2回のサンプリングに1回行う。
【0041】図1(b)は本発明に用いる適応ディジタ
ルフィルタの第2の実施形態の構成図であり、サンプリ
ング周波数を3fsにしてフィルタ長を3Iとしたもの
である。この実施形態は、先に述べた一定時間間隔xが
3に相当するものである。このときの単位遅延ブロック
14の遅延はT/3となる。図1(b)に示す本発明の
第2の実施形態では、フィルタ係数は2つおきに値を有
し、その間の係数値は0に固定される。実質的にはフィ
ルタ係数値が0に対応する乗算ブロックは削除されてい
る。したがって、このときの入出力関係は、
ルフィルタの第2の実施形態の構成図であり、サンプリ
ング周波数を3fsにしてフィルタ長を3Iとしたもの
である。この実施形態は、先に述べた一定時間間隔xが
3に相当するものである。このときの単位遅延ブロック
14の遅延はT/3となる。図1(b)に示す本発明の
第2の実施形態では、フィルタ係数は2つおきに値を有
し、その間の係数値は0に固定される。実質的にはフィ
ルタ係数値が0に対応する乗算ブロックは削除されてい
る。したがって、このときの入出力関係は、
【0042】
【数7】
【0043】となる。フィルタ係数aiの更新に関する
演算については、サンプリング周波数fsで実行するの
で、フィルタ係数の更新は3回のサンプリングに対して
1回行うことになる。
演算については、サンプリング周波数fsで実行するの
で、フィルタ係数の更新は3回のサンプリングに対して
1回行うことになる。
【0044】図2は、本発明の第3の実施形態を示す構
成図である。図2では、図1(a)の構成においてもっ
とも絶対値の大きなフィルタ係数akの周辺に、フィル
タ係数値が0に対応するため削除されていた乗算ブロッ
クが、一部分復元され、使用されている。追加された乗
算ブロックにおけるフィルタ係数ak+1、ak+3も、その
他のフィルタ係数と同様に、誤差信号e(n)のパワーを
最小化するように、式(8)で更新する。もしくは図5
(b−3)におけるfs/2以上の周波数帯域の出力が
制御信号y(n)に含まれるのを、最小化するように調整
することもできる。
成図である。図2では、図1(a)の構成においてもっ
とも絶対値の大きなフィルタ係数akの周辺に、フィル
タ係数値が0に対応するため削除されていた乗算ブロッ
クが、一部分復元され、使用されている。追加された乗
算ブロックにおけるフィルタ係数ak+1、ak+3も、その
他のフィルタ係数と同様に、誤差信号e(n)のパワーを
最小化するように、式(8)で更新する。もしくは図5
(b−3)におけるfs/2以上の周波数帯域の出力が
制御信号y(n)に含まれるのを、最小化するように調整
することもできる。
【0045】図3は、本発明の第4の実施形態を示す構
成図であり、図1(a)に示す適応ディジタルフィルタ
12と同一構成の適応ディジタルフィルタの前段に、フ
ィルタ係数の0固定を行わないもう一つの適応ディジタ
ルフィルタ17を設けたものであって、サンプリング周
波数2fsで動作する。
成図であり、図1(a)に示す適応ディジタルフィルタ
12と同一構成の適応ディジタルフィルタの前段に、フ
ィルタ係数の0固定を行わないもう一つの適応ディジタ
ルフィルタ17を設けたものであって、サンプリング周
波数2fsで動作する。
【0046】前段の適応ディジタルフィルタ17は、図
5(b−3)におけるfs/2以上の周波数の信号を、
制御信号y(n)から取り除く目的で設けられる。適応デ
ィジタルフィルタ12の出力y(n)からハイパスフィル
タ18によりfs/2以上の信号を抽出し、その抽出さ
れた信号w(n)を0に近づけるように、係数更新部19
において適応ディジタルフィルタ17のフィルタ係数b
jを逐次更新する。
5(b−3)におけるfs/2以上の周波数の信号を、
制御信号y(n)から取り除く目的で設けられる。適応デ
ィジタルフィルタ12の出力y(n)からハイパスフィル
タ18によりfs/2以上の信号を抽出し、その抽出さ
れた信号w(n)を0に近づけるように、係数更新部19
において適応ディジタルフィルタ17のフィルタ係数b
jを逐次更新する。
【0047】このときハイパスフィルタ18への入力
は、適応ディジタルフィルタ17の出力v(n)であって
もよいし、ホワイトノイズであってもよい。さらに、適
応ディジタルフィルタ12、および17は係数更新部1
3からも誤差信号e(n)のパワーを最小化するためのフ
ィルタ係数の更新を受ける。また、適応ディジタルフィ
ルタ12と17の、接続順序を入れ換えた構成をとるこ
ともできる。
は、適応ディジタルフィルタ17の出力v(n)であって
もよいし、ホワイトノイズであってもよい。さらに、適
応ディジタルフィルタ12、および17は係数更新部1
3からも誤差信号e(n)のパワーを最小化するためのフ
ィルタ係数の更新を受ける。また、適応ディジタルフィ
ルタ12と17の、接続順序を入れ換えた構成をとるこ
ともできる。
【0048】以上の実施形態は適応ディジタルフィルタ
としてFIR形フィルタを例にとったが、IIRフィル
タについても同様に0に固定するフィルタ係数を設定す
ることにより、同様に実施することができる。
としてFIR形フィルタを例にとったが、IIRフィル
タについても同様に0に固定するフィルタ係数を設定す
ることにより、同様に実施することができる。
【0049】これら一連のフィルタ演算およびフィルタ
係数の更新演算は、マイクロプロセッサやディジタルシ
グナルプロセッサのプログラミング、もしくはフィルタ
演算専用ハードウェアによって処理される。
係数の更新演算は、マイクロプロセッサやディジタルシ
グナルプロセッサのプログラミング、もしくはフィルタ
演算専用ハードウェアによって処理される。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、物理現象量と相関を有
するリファレンス信号u(n)を入力して、これに適応信
号処理を施し、制御信号y(n)を出力することにより、
前記物理現象量を希望する量に近づけるようにする能動
制御において、前記信号処理がそのディジタルフィルタ
の時間nにおけるインパルスフィルタによって実行さ
れ、そのディジタルフィルタの時間nにおけるインパル
スレスポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、
その間の時間では実質的に0となるように前記インパル
スレスポンスの調整を行うことにより、式(5)におい
て適応ディジタルフィルタの出力y(n)を計算する際、
実質的0のインパルスレスポンスに対応するフィルタ係
数に関する積和演算を行わないようにしているため演算
量が少なくなる。
するリファレンス信号u(n)を入力して、これに適応信
号処理を施し、制御信号y(n)を出力することにより、
前記物理現象量を希望する量に近づけるようにする能動
制御において、前記信号処理がそのディジタルフィルタ
の時間nにおけるインパルスフィルタによって実行さ
れ、そのディジタルフィルタの時間nにおけるインパル
スレスポンスh(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、
その間の時間では実質的に0となるように前記インパル
スレスポンスの調整を行うことにより、式(5)におい
て適応ディジタルフィルタの出力y(n)を計算する際、
実質的0のインパルスレスポンスに対応するフィルタ係
数に関する積和演算を行わないようにしているため演算
量が少なくなる。
【0051】従って、仮にサンプリング周波数を2倍に
上げても、一定時間間隔x=2とすれば適応ディジタル
フィルタのフィルタ係数の数は増加しないため、演算量
の増加を最小限度に抑制することができるとともに、D
A変換後のローパスフィルタの遮断周波数を上げること
ができるため、DA変換後のローパスフィルタ部の遅延
を少なくすることが可能になる。さらに、適応ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数の逐次調整のための演算は、
前記一定時間間隔xおきに実行することが可能であり、
その結果演算量は削減されることになる。
上げても、一定時間間隔x=2とすれば適応ディジタル
フィルタのフィルタ係数の数は増加しないため、演算量
の増加を最小限度に抑制することができるとともに、D
A変換後のローパスフィルタの遮断周波数を上げること
ができるため、DA変換後のローパスフィルタ部の遅延
を少なくすることが可能になる。さらに、適応ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数の逐次調整のための演算は、
前記一定時間間隔xおきに実行することが可能であり、
その結果演算量は削減されることになる。
【0052】適応ディジタルフィルタのインパルスレス
ポンスh(n)において、その絶対値の最も大きな時間n
の周辺についてのみその値を実質的0に固定することな
く、前記物理現象量を希望する量に近づけるように調整
することにより、実質的0の固定を解除されたインパル
スレスポンスの部分は、図5(b−3)におけるfs/
2以上の周波数帯域のゲインを低下させる作用をもたせ
るような調整が可能になるため、AD変換前のローパス
フィルタ3の次数の低減が可能になる。
ポンスh(n)において、その絶対値の最も大きな時間n
の周辺についてのみその値を実質的0に固定することな
く、前記物理現象量を希望する量に近づけるように調整
することにより、実質的0の固定を解除されたインパル
スレスポンスの部分は、図5(b−3)におけるfs/
2以上の周波数帯域のゲインを低下させる作用をもたせ
るような調整が可能になるため、AD変換前のローパス
フィルタ3の次数の低減が可能になる。
【0053】前記物理現象量を希望量に近づけるように
すべてのフィルタ係数が調整される第1の適応ディジタ
ルフィルタと、その後段に第2の適応ディジタルフィル
タを有し、この第2の適応ディジタルフィルタはその時
間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間
隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0とな
るようにする場合、第1の適応ディジタルフィルタは、
図5(b)におけるfs/2以上の周波数においては物
理現象量を制御しないという条件で希望量が設定された
とするならば、図5(b−3)におけるfs/2以上の
周波数帯域のゲインを低下させる作用を有する。その結
果、AD変換前のローパスフィルタ3の次数の低減が可
能になる。また、第1の適応ディジタルフィルタと第2
の適応ディジタルフィルタの接続順序を入換えた信号処
理構成を用いてたばあいも同様の効果を有する。
すべてのフィルタ係数が調整される第1の適応ディジタ
ルフィルタと、その後段に第2の適応ディジタルフィル
タを有し、この第2の適応ディジタルフィルタはその時
間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一定時間間
隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的に0とな
るようにする場合、第1の適応ディジタルフィルタは、
図5(b)におけるfs/2以上の周波数においては物
理現象量を制御しないという条件で希望量が設定された
とするならば、図5(b−3)におけるfs/2以上の
周波数帯域のゲインを低下させる作用を有する。その結
果、AD変換前のローパスフィルタ3の次数の低減が可
能になる。また、第1の適応ディジタルフィルタと第2
の適応ディジタルフィルタの接続順序を入換えた信号処
理構成を用いてたばあいも同様の効果を有する。
【0054】上述したような、ローパスフィルタの次数
低減、もしくは遮断周波数の高域シフトは、フィルタ自
身の遅延を少なくするため、能動制御システムの信号処
理遅延を少なくする。その結果、図4に示すような能動
騒音制御に用いた場合ではマイクロホン2とスピーカ8
の距離を短縮することが可能になり、システム全体をコ
ンパクト化できる効果を有する。
低減、もしくは遮断周波数の高域シフトは、フィルタ自
身の遅延を少なくするため、能動制御システムの信号処
理遅延を少なくする。その結果、図4に示すような能動
騒音制御に用いた場合ではマイクロホン2とスピーカ8
の距離を短縮することが可能になり、システム全体をコ
ンパクト化できる効果を有する。
【図1】 本発明の第1の実施形態のブロック図であ
る。
る。
【図2】 本発明の第2の実施形態のブロック図であ
る。
る。
【図3】 本発明の第3の実施形態のブロック図であ
る。
る。
【図4】 本発明を能動騒音制御装置に用いた場合の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図5】 本発明の動作説明図である。
12 ・・・ 適応ディジタルフィルタ 13 ・・・ 係数更新部 14 ・・・ 単位遅延ブロック 15 ・・・ 乗算ブロック 16 ・・・ 加算ブロック 17 ・・・ 適応ディジタルフィルタ 19 ・・・ 係数更新部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 21/00 9274−5J H03H 21/00
Claims (3)
- 【請求項1】 物理現象量と相関を有するリファレンス
信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を施し、制
御信号y(n)を出力することにより、前記物理現象量を
希望する量に近づけるようにする能動制御装置におい
て、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信号処理
を施す適応ディジタルフィルタ手段と、該適応ディジタ
ルフィルタ手段の時間nにおけるインパルスレスポンス
h(n)が一定時間間隔xおきに値を有し、その間の時間
では実質的に0となるように前記インパルスレスポンス
h(n)を調整する調整手段とを設けたことを特徴とする
能動制御装置。 - 【請求項2】 前記調整手段による適応ディジタルフィ
ルタのインパルスレスポンスh(n)の調整が、その絶対
値の最も大きな時間nの周辺についてのみその値を実質
的0に固定することなく、前記物理現象量を希望する量
に近づけるように調整されることを特徴とする請求項1
記載の能動制御装置。 - 【請求項3】 物理現象量と相関を有するリファレンス
信号u(n)を入力して、これに適応信号処理を施し、制
御信号y(n)を出力することにより、前記物理現象量を
希望する量に近づけるようにする能動制御装置におい
て、前記リファレンス信号u(n)に対して適応信号処理
を施し、物理現象量を希望量に近づけるように調整され
る第1及び第2の適応ディジタルフィルタ手段と、前記
第1或いは第2のいずれかの適応ディジタルフィルタ手
段は、時間nにおけるインパルスレスポンスh(n)が一
定時間間隔xおきに値を有し、その間の時間では実質的
に0となるように調整する調整手段とを設けたことを特
徴とする能動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7227779A JPH0973295A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 能動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7227779A JPH0973295A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 能動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0973295A true JPH0973295A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16866257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7227779A Pending JPH0973295A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 能動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0973295A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017040895A (ja) * | 2015-08-23 | 2017-02-23 | 株式会社河合楽器製作所 | 音響効果付与装置 |
| JP2022129338A (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-05 | 中原大學 | フィードフォワード型能動騒音制御システムの設計方法 |
| JP2022129337A (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-05 | 中原大學 | アナログフィルタを備えたフィードフォワード型能動騒音制御システムの設計方法 |
-
1995
- 1995-09-05 JP JP7227779A patent/JPH0973295A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017040895A (ja) * | 2015-08-23 | 2017-02-23 | 株式会社河合楽器製作所 | 音響効果付与装置 |
| JP2022129338A (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-05 | 中原大學 | フィードフォワード型能動騒音制御システムの設計方法 |
| JP2022129337A (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-05 | 中原大學 | アナログフィルタを備えたフィードフォワード型能動騒音制御システムの設計方法 |
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