JPH07334168A - 能動騒音制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、精度のよい周波数遮断を小さい時間
遅延で得られ、精度の高い騒音制御を行ない、かつ第１
センサと消音用スピーカの距離を小さくしてコンパクト
にし得る能動騒音制御システムを提供することを目的と
する。 【構成】本発明は、ダクト２１内伝搬騒音の音波に対し
て同音圧逆位相の音波を同時にダクト２１内に放射し、
両音波の干渉によってダクト２１内伝搬騒音の消音を行
なう能動騒音制御システムにおいて、消音の対象外であ
る中・高周波数領域の信号を遮断するディジタル信号処
理による周波数遮断フィルタ３１，３２，３３を用いる
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダクト内騒音の伝搬通
路内において騒音と同音圧逆位相の音波を放射して騒音
の消音を行なう能動騒音制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダクト内を伝搬する騒音を消音す
る一つの方法として、ダクトに内貼りした吸音材によっ
て吸音する方法など、主に受動的な消音方法が取られて
きたが、圧力損失や大きさなどの問題点を抱えている。

【０００３】一方、ダクト内伝搬騒音の音波に対して同
音圧逆位相の音波を同時にダクト内に放射して、両音波
の干渉によって消音を行なう能動騒音制御システムの研
究が盛んに行なわれている。しかし、まだ多くの問題が
残っている。

【０００４】図２は従来の能動騒音制御システムを示す
構成説明図である。即ち、ダクト１内を伝搬する騒音を
能動的に消音する際には、第１マイクロホン２からダク
ト１内騒音の情報の信号、及び第２マイクロホン３から
消音状況の情報の信号を取り込み、それら２つの信号に
対して様々な処理を施して消音用スピーカ４を駆動する
消音用信号を作成する。その様々な処理のうち重要な処
理として、「消音の対象とする周波数領域の信号のみを
処理するために消音対象外の周波数領域の信号を遮断す
る」という処理がある。

【０００５】消音信号発生フィルタ５及び適応制御アル
ゴリズム６よりなる演算部７で作成された消音用信号を
消音用スピーカ４によって再生する際も、消音の対象と
する周波数領域のみを再生するために、消音の対象外の
周波数領域の信号を遮断するという処理が必要になる。

【０００６】その処理を行なうのが周波数遮断フィルタ
８，９，１０で、第１マイクロホン２、第２マイクロホ
ン３から取り込まれた信号、及び演算部７で作成された
信号をその周波数遮断フィルタ８，９，１０に通さなけ
ればならない。

【０００７】第１マイクロホン２で得られたダクト１内
を伝搬する騒音の情報、および第２マイクロホン３で得
られた消音状況の情報はアナログ電気信号である。各マ
イクロホン２，３によって取り込まれ、それぞれに対応
したマイクロホンアンプ１１，１２によって増幅された
アナログ電気信号に対してアナログ信号処理を施して、
消音の対象外である周波数領域の信号を遮断してきた。

【０００８】周波数遮断フィルタ８，９を通過したアナ
ログ電気信号はアナログ−ディジタル変換器１４，１５
によりディジタル電気信号に変換されて演算部７に入力
され、この演算部７によりディジタル信号処理される。

【０００９】また、消音用スピーカ４で消音の対象とす
る周波数領域の音波だけを再生するために、消音対象外
の周波数領域の信号を遮断しなければならないが、その
際にも、演算部７によって作成された消音用ディジタル
電気信号をディジタル−アナログ変換器１６により消音
用アナログ電気信号にしてからアナログ信号処理を施し
てきた。

【００１０】つまりアナログ信号処理による周波数遮断
フィルタ８，９，１０だけで、消音の対象外である周波
数を遮断していたのである。ところで、従来の受動的な
消音方法は、中・高周波数領域の騒音に対しては十分な
消音効果を発揮するが、低周波数領域の騒音に対して同
じような十分な消音効果を得るのは困難であった。（グ
ラスウールを用いた消音ダクトの多用はダクト内の空気
抵抗を大きくし、空調機が与える負担が大きくなる。ま
た、かなり大きな消音ダクトでないと低周波数領域の音
を効果的に吸音することができない。）したがって、騒
音を能動的に消音する際に特に効果的な周波数領域は低
周波数領域であると考えられる。

【００１１】アナログ信号処理により中・高周波数領域
の信号を遮断する場合（低周波数領域の信号のみを取り
込む場合）、「処理に要する時間＝時間遅延」と「周波
数遮断の精度＝周波数遮断特性」の間には相反する関係
がある。図６のように周波数遮断特性を急峻にしてｆ´
Ｈｚ以上の信号を精度よく遮断すると周波数遮断フィル
タ８，９，１０での時間遅延が大きくなってしまい、逆
に周波数遮断フィルタ８，９，１０での時間遅延を小さ
くすると図５のように周波数遮断特性が緩やかで、ｆ´
Ｈｚ以上の信号も含んでしまい周波数遮断の精度が悪く
なってしまう。

【００１２】騒音の音波は第１マイクロホン２で検知さ
れたあと、さらにダクト１内を消音用スピーカ４の設置
位置まで伝搬する。その音波に対して消音を行なうの
で、システム内の信号処理に要する時間が長くなると
（遅延時間が大きくなると）第１マイクロホン２と消音
用スピーカ４の距離を大きくしなければならない。（信
号処理を行なっている間に消音すべき音波が消音用スピ
ーカ４の設置位置を通過してしまっては意味がない。） したがって従来のようにアナログ信号処理による方法で
低周波数領域のみの信号を精度良く取り出そうとする
と、周波数遮断特性を急峻にせねばならず時間遅延が大
きくなるので第１マイクロホン２とスピーカ４の距離を
大きくする必要がありシステムが大きくなる欠点があっ
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、精度のよい周波数遮断を小さい
時間遅延で得られ、精度の高い騒音制御を行ない、かつ
第１センサと消音用スピーカの距離を小さくしてコンパ
クトにし得る能動騒音制御システムを提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の能動騒音制御システムは、消音の対象外であ
る中・高周波数領域の信号を遮断する手段として、アナ
ログ信号処理でなくディジタル信号処理による周波数遮
断フィルタを用いることによって、急峻な周波数遮断特
性を小さい時間遅延で得るものである。

【００１５】

【作用】上記手段により本発明は、消音の対象外の中・
高周波数領域の信号を遮断するのにディジタル信号処理
による周波数遮断フィルタを用いると、急峻な周波数遮
断特性をアナログ信号処理による周波数遮断フィルタよ
り小さい時間遅延で得られ、消音の対象とする低周波数
領域の信号を精度よく取り出すことができる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図で
ある。即ち、第１マイクロホン（第１センサ）２２によ
ってダクト２１内を伝搬する騒音の情報をアナログ電気
信号として取り込み、さらにマイクロホンアンプ２５を
通して増幅する。

【００１７】ここで、本システムは低周波数領域の騒音
を消音の対象としているので、対象外である中・高周波
数領域の信号を遮断する周波数遮断フィルタ３１を通す
必要がある。

【００１８】そこで、本実施例ではマイクロホンアンプ
２５で増幅されたアナログ電気信号をまずアナログ−デ
ィジタル変換器２８を通してディジタル電気信号にす
る。そのディジタル電気信号に対して周波数遮断フィル
タ３１にてディジタル信号処理を施し、消音の対象とす
る低周波数領域の信号のみを含むディジタル電気信号に
する。

【００１９】ディジタル信号処理による周波数遮断フィ
ルタ３１とは、ある一定の時間過去から現在までの入力
信号をメモリに格納し、それに対して周波数遮断の係数
を畳み込み演算し、中・高周波数遮断処理された最新信
号を算出するものであり、急峻な周波数遮断特性を時間
遅延をあまり持たずに得ることができる。

【００２０】また、システムが稼動することによるダク
ト２１内の消音の状況が、騒音源からみて消音用スピー
カ２３より下流側に設置された第２マイクロホン（第２
センサ）２４で検知される。この第２マイクロホン２４
から得られたダクト２１内の消音状況の情報であるアナ
ログ電気信号も、第１マイクロホン２２から得られたア
ナログ電気信号と同じように、マイクロホンアンプ２７
及びアナログ−ディジタル変換器３０、ディジタル信号
処理による周波数遮断フィルタ３３を通して消音の対象
とする低周波数領域の信号のみのディジタル電気信号と
する。

【００２１】ディジタル信号処理による周波数遮断フィ
ルタ３３とは、ある一定の時間過去から現在までの入力
信号をメモリに格納し、それに対して周波数遮断の係数
を畳み込み演算し、中・高周波数遮断処理された最新信
号を算出するものであり、急峻な周波数遮断特性を時間
遅延をあまり持たずに得ることができる。

【００２２】消音信号発生フィルタ３４及び適応制御ア
ルゴリズム３５よりなる演算部３６では消音用スピーカ
２３がダクト２１内伝搬騒音に対して同音圧逆位相の音
波を放射するような消音用信号を作成する。しかし、単
純に第１マイクロホン２２から得られた騒音信号を同音
圧逆位相にするだけではタグト２１内騒音を消音できな
い。そこで、演算部３６では、「消音用スピーカ２３
が、その設置されている箇所でのダクト２１内騒音の音
波に対して同音圧逆位相の音波を放射して、音波干渉を
起こしたあとのダクト２１内の騒音がゼロになる」よう
な消音用信号を作成するように以下に述べる演算を行な
う。

【００２３】システム内では、図３のように音波がダク
ト２１内を伝搬したり信号が回路内を通過するときに、
時間遅延や周波数特性の変化などそれぞれ固有な伝達関
数の影響を受ける。したがって、騒音制御に特に悪影響
を及ぼす伝達関数に関しては補正を行わなければならな
い。そこでそれらの伝達関数をあらかじめシステム稼動
前に測定しておき、演算部３６で伝達関数を補正する係
数を第１マイクロホン２２から得られた騒音のディジタ
ル電気信号に畳み込み演算を行なう。

【００２４】第２マイクロホン２４からはシステムが稼
動することによってどれだけダクト２１内伝搬騒音が消
音されたかという情報が入力される。消音が効果的に行
なわれればその信号はゼロに近づく。そこで、演算部３
６ではその情報を取り込んでその信号が常にゼロに近づ
くような最適な係数を適応制御アルゴリズム３５に基づ
いて算出し、消音信号発生フィルタ３４のフィルタ係数
として第１マイクロホン２２からの入力信号に畳み込み
演算を行なう。

【００２５】こうして演算部３６では様々な係数を第１
マイクロホン２２からの入力信号に畳み込み演算して消
音用信号を作成する。あとは、この消音用信号によって
消音用スピーカ２３を駆動して消音用音波をダクト２１
内に放射するが、消音の対象とする低周波数領域の音波
のみをダクト２１内に放射するために、消音対象外の周
波数領域の信号を遮断しなければならない。そこでこの
消音用ディジタル電気信号を最終的にもう一度ディジタ
ル信号処理による周波数遮断フィルタ３２に通す。

【００２６】ディジタル信号処理による周波数遮断フィ
ルタ３２とは、ある一定の時間過去から現在までの入力
信号をメモリに格納し、それに対して周波数遮断の係数
を畳み込み演算し、中・高周波数遮断処理された最新信
号を算出するものであり、急峻な周波数遮断特性を時間
遅延をあまり持たずに得ることができる。

【００２７】周波数遮断フィルタ３２を通して消音の対
象とする低周波数領域の信号のみを含むディジタル電気
信号になった消音用信号をディジタル−アナログ変換器
２９を通して消音用アナログ電気信号にする。

【００２８】この消音用アナログ電気信号をパワーアン
プ２６により増幅して消音用スピーカ２３を駆動し、ダ
クト２１内に消音用音波を放射するのである。こうして
様々な信号処理が施され、ダクト２１内を伝搬する騒音
に対して同音圧逆位相の消音用音波がダクト２１内に放
射される。放射された消音用音波はダクト２１内を伝搬
する騒音音波と干渉を起こし打ち消し合って、精度の高
い消音効果が得られる。

【００２９】次に、システム内伝達関数についてさらに
詳しく説明する。能動騒音制御システムにおいて特に考
慮を必要とする伝達関数、第１マイクロホン２２から得
られた信号が、消音スピーカ２３から放射されるまでに
通過する回路内の伝達関数「Ｄ，Ｅ」、消音用スピーカ
２３から放射された音波が第１マイクロホン２２に到達
するまでに通過するダクト２１内の伝達関数「Ｂ」、消
音用スピーカ２３から放射された音波が第２マイクロホ
ン２４に到達するまでに通過するダクト２１内の伝達関
数「Ｃ」、について図３に基づいて説明する。

【００３０】まず関数「Ｄ，Ｅ」について説明する。ダ
クト２１内の騒音の情報は、第１マイクロホン２２、マ
イクロホンアンプ２５、アナログ−ディジタル変換器２
８、周波数遮断フィルタ３１、演算部３６、周波数遮断
フィルタ３２、ディジタル−アナログ変換器２９、パワ
ーアンプ２６、消音用スピーカ２３で処理されて消音用
音波としてダクト２１内に放射される。

【００３１】信号を処理する際には処理時間を必要とす
るので、第１マイクロホン２２で検知された信号が消音
用スピーカ２３から放射されるまでに時間遅延を生じ
る。この処理によって生じる遅延時間の間に消音すべき
音波が消音用スピーカ２３を通り過ぎてしまっては消音
の効果がない。したがって、この伝達関数「Ｄ，Ｅ」
は、第１マイクロホン２２と消音用スピーカ２３の距離
を決定するのに重要である。

【００３２】次に伝達関数「Ｂ」について。消音用スピ
ーカ２３から放射された消音用音波はダクト２１の下流
方向（第２マイクロホン２４方向）だけでなく、上流方
向（第１マイクロホン２２方向）にも伝搬する。したが
って、第１マイクロホン２２はダクト２１内の騒音情報
の音波だけでなく、消音スピーカ２３が放射した消音用
音波も検知することになる。これは、ハウリングや測定
誤差の原因となり、係数演算の際の収束精度に悪影響を
及ぼす。

【００３３】最後に伝達関数「Ｃ」について。消音用ス
ピーカ２３から放射された消音用音波は、ダクト２１内
の騒音と干渉してダクト２１の下流方向へ伝搬する。そ
の干渉音波を第２マイクロホン２４で検知して演算部３
６にて係数を演算している。したがって、この経路で生
じる時間遅延を考慮しないと係数演算の際の収束精度に
悪影響を及ぼす。

【００３４】伝達関数「Ｄ，Ｅ」については、第１マイ
クロホン２２と消音用スピーカ２３の距離を考慮するこ
とによって回避できる。また、伝達関数「Ｂ」及び伝達
関数「Ｃ」に関しては、システム内で電気的に処理する
ことによって回避できる。

【００３５】伝達関数「Ｂ」、「Ｃ」に関して電気的に
処理するとは、具体的には図４の「Ｈ」「Ｉ」としてそ
れぞれ次の処理を行なう。伝達関数「Ｂ」に関しては、
あらかじめ消音用スピーカ２３から第１マイクロホン２
２までの伝達関数を測定する。それを演算部３６で作成
された消音用信号に畳み込んで、あたかも消音用信号が
消音用スピーカ２３から第１マイクロホン２２まで伝搬
したような信号を人工的に作成する。この人工的に作成
された信号を第１マイクロホン２２から得られたダクト
２１内の伝搬騒音の信号から差し引くという処理「Ｈ」
を施す。

【００３６】伝達関数「Ｃ」に関しては、あらかじめ消
音用スピーカ２３から第２マイクロホン２４までの伝達
関数を測定し、この経路における遅延時間を読み取る。
この遅延時間を第１マイクロホン２２から得られたダク
ト２１内の伝搬騒音の信号に合わせ込んで係数演算部３
６に入力する。つまり、消音用音波を放射してから消音
状況の音波を検知するまでにかかる時間の分だけ、演算
部３６での係数の更新を待たせるという処理「Ｉ」を行
なう。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ディ
ジタル信号処理による周波数遮断フィルタを用いて対象
とする低周波数領域の信号だけを取り出すと、処理を行
なう際の時間遅延が短くなり、なおかつ急峻な周波数遮
断特性で処理ができる。また精度の高い消音を行ないな
がらも時間遅延が短縮できるため第１マイクロホンと消
音用スピーカの距離が短くなり、システム自体がコンパ
クトになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】従来の能動騒音制御システムを示すブロック図
である。

【図３】本発明の能動騒音制御システムにおける各部分
の伝達関数の一例を示す説明図である。

【図４】図３における各部分の伝達関数のうち特に考慮
を必要とする伝達関数を補正するための処理を示す説明
図である。

【図５】周波数遮断フィルタの緩やかな周波数遮断特性
の一例を示す特性図である。

【図６】周波数遮断フィルタの急峻な周波数遮断特性の
一例を示す特性図である。

【符号の説明】

２１…ダクト、２２…第１マイクロホン、２３…消音用
スピーカ、２４…第２マイクロホン、２５…マイクロホ
ンアンプ、２６…パワーアンプ、２７…マイクロホンア
ンプ、２８…アナログ−ディジタル変換器、２９…ディ
ジタル−アナログ変換器、３０…アナログ−ディジタル
変換器、３１，３２，３３…周波数遮断フィルタ、３４
…消音信号発生フィルタ、３５…適応制御アルゴリズ
ム、３６…演算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅山 宏 東京都品川区東中延２−４−10 株式会社 タイムウェア内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内伝搬騒音の音波に対して同音圧
   逆位相の音波を同時にダクト内に放射し、両音波の干渉
   によってダクト内伝搬騒音の消音を行なう能動騒音制御
   システムにおいて、 ダクト内を伝搬する騒音を検知し、音響信号をアナログ
   電気信号に変換する第１センサと、 ダクト内の消音状態を検知し、音響信号をアナログ電気
   信号に変換する第２センサと、 前記第１センサおよび第２センサからのアナログ電気信
   号をそれぞれに対応したディジタル電気信号に変換する
   アナログ−ディジタル変換器と、 前記アナログ−ディジタル変換器からのディジタル電気
   信号から消音の対象とする周波数領域の信号のみを通過
   させるディジタル信号処理による周波数遮断フィルタ
   と、 この周波数遮断フィルタから出力された前記第１センサ
   及び第２センサの情報から消音用ディジタル電気信号を
   作成する演算部と、 この演算部で作成された消音用ディジタル電気信号から
   消音の対象とする周波数領域の信号のみを通過させるデ
   ィジタル信号処理による周波数遮断フィルタと、 この周波数遮断フィルタを通過した消音用ディジタル電
   気信号をアナログ電気信号に変換するディジタル−アナ
   ログ変換器と、 このディジタル−アナログ変換器により変換されたアナ
   ログ電気信号を音響信号に変換して消音用音波を前記ダ
   クト内に放射するスピーカとを具備することを特徴とす
   る能動騒音制御システム。