(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音を検出し、騒音信号を出力する騒音検出手段、
音を発生する発音体、
前記騒音検出手段からの騒音信号を入力し、前記発音体が前記騒音を打ち消す音を発生するよう、前記発音体に駆動信号を供給する可変係数適応フィルタ、
前記発音体によって低減された騒音信号を検出するエラー検出手段、
前記騒音検出手段によって検出される騒音信号と、前記エラー検出手段によって検出される騒音信号とに基づいて、前記エラー検出手段によって検出される騒音信号が低減するように、前記可変係数適応フィルタの係数を更新させる第１の係数更新手段
前記騒音検出手段によって検出された騒音信号のうち、消音を行わない所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１の帯域制限フィルタ、
前記可変係数適応フィルタの出力信号のうち、消音を行わない前記所定周波数帯域の信号のみを通過させる第２の帯域制限フィルタ、
前記第１の帯域制限フィルタの出力信号と前記第２の帯域制限フィルタの出力信号とに基づいて、前記第２の帯域制限フィルタの出力信号が低減するように、前記可変係数適応フィルタの係数を更新させる第２の係数更新手段、
前記第１の係数更新手段から出力される係数更新データと前記第２の係数更新手段から出力される係数更新データとを切り換えて前記可変係数適応フィルタに送るための切替手段、ならびに
第２の帯域制限フィルタの出力信号値が所定の閾値以下であるときには、前記第１の係数更新手段から出力される係数更新データを前記可変係数適応フィルタに送り、第２の帯域制限フィルタの出力信号値が所定の閾値を越えているときには、前記第２の係数更新手段から出力される係数更新データを前記可変係数適応フィルタに送るように、前記切替手段を制御する手段、
を備えていることを特徴とする電子消音装置。
【請求項２】
前記第１及び第２帯域制限フィルタは、
前記発音体に供給される前記可変係数適応フィルタの出力信号のうち、前記発音体が再生できない周波数帯域の信号のみを通過させる、請求項１記載の電子消音装置。
【請求項３】
前記第１及び第２帯域制限フィルタは、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタまたはこれらのフィルタを複数個直列につないだもののうちから任意に選択されたものである請求項１又は２記載の電子消音装置。
【請求項４】
前記第１及び第２帯域制限フィルタは、前記発音体の再生周波数特性に対して逆の周波数特性を有するローパスフィルタであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子消音装置。
【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、ハイパスフィルタ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、第１マイクロフォン１９の出力をハイパスフィルタ１５でフィルタリングした信号を空間特性１４で補正した信号と、第２マイクロフォン２０の出力をハイパスフィルタ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可変係数適応フィルタ１２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２０の出力は希望する帯域のハイパスフィルタ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、騒音を検出し、騒音信号を出力する騒音検出手段、音を発生する発音体、前記騒音検出手段からの騒音信号を入力し、前記発音体が前記騒音を打ち消す音を発生するよう、前記発音体に駆動信号を供給する可変係数適応フィルタ、前記発音体によって低減された騒音信号を検出するエラー検出手段、前記騒音検出手段によって検出される騒音信号と、前記エラー検出手段によって検出される騒音信号とに基づいて、前記エラー検出手段によって検出される騒音信号が低減するように、前記可変係数適応フィルタの係数を更新させる第１の係数更新手段前記騒音検出手段によって検出された騒音信号のうち、消音を行わない所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１の帯域制限フィルタ、前記可変係数適応フィルタの出力信号のうち、消音を行わない前記所定周波数帯域の信号のみを通過させる第２の帯域制限フィルタ、前記第１の帯域制限フィルタの出力信号と前記第２の帯域制限フィルタの出力信号とに基づいて、前記第２の帯域制限フィルタの出力信号が低減するように、前記可変係数適応フィルタの係数を更新させる第２の係数更新手段、前記第１の係数更新手段から出力される係数更新データと前記第２の係数更新手段から出力される係数更新データとを切り換えて前記可変係数適応フィルタに送るための切替手段、ならびに第２の帯域制限フィルタの出力信号値が所定の閾値以下であるときには、前記第１の係数更新手段から出力される係数更新データを前記可変係数適応フィルタに送り、第２の帯域制限フィルタの出力信号値が所定の閾値を越えているときには、前記第２の係数更新手段から出力される係数更新データを前記可変係数適応フィルタに送るように、前記切替手段を制御する手段、を備えている。
【００１２】
そして望ましくは、前記第１及び第２帯域制限フィルタは、前記発音体に供給される前記可変係数適応フィルタの出力信号のうち、前記発音体が再生できない周波数帯域の信号のみを通過させる。
【００１３】
また、前記第１及び第２帯域制限フィルタは、例えば、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタまたはこれらのフィルタを複数個直列につないだもののうちから任意に選択されたものである。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、１０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、１００Ｈｚ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】
他の一つの方法は図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以下ではゲインの大き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を用いた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かわらず、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（１００Ｈｚ以下でゲインが小さい）を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（２００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
【図１】
0003685503.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003685503.tif 000008
【図８】
0003685503.tif 000009
【図９】
0003685503.tif 000010
【図１０】
0003685503.tif 000011
【図１１】
0003685503.tif 000012
【図１２】
0003685503.tif 000013
【図１３】
0003685503.tif 000014