(57)【要約】      （修正有）【課題】騒音に対して逆位相の音を発生して消音するアクティブノイズコントロールシステムにおいて、マイクとスピーカ間の特定の距離以外でも、高い消音効果を実現する。【解決手段】第１のマイク１、スピーカ３、第２のマイク２がダクト内に順に配置され、ダクト内の騒音を除去する、階層型ニューラルネットワークを用いたアクティブノイズコントロールシステムにおいて、階層型ニューラルネットワークの入力層を２つにし、その双方の前にアナログ位相調整回路４、５を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールシステムに用いられ、階層型ニューラルネットワークを構成しているアナログ電子回路であって、前記階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、それら複数の入力層の一部又は全ての前に、騒音信号を位相遅延するアナログ位相調整回路を設けたことを特徴とするアナログ電子回路。
【請求項２】
第１のマイク、スピーカ、第２のマイクがダクト内に順に配置され、前記ダクト内の騒音を除去するアクティブノイズコントロールシステムに用いられるアナログ電子回路であって、第１、第２のワイドレンジギルバート乗算器と、積分器とを用いて階層型ニューラルネットワークを構成し、階層型ニューラルネットワークの入力層に対応する前記第１のワイドレンジギルバート乗算器は、前記第１のマイクにより取り込まれる騒音信号と前記積分器から出力される荷重信号とを乗算して、前記ダクト内の騒音を打ち消す音を前記スピーカから出力させるための信号を出力し、前記第２のワイドレンジギルバート乗算器は、前記スピーカから出力される音により除去しきれなかった誤差信号を前記第２のマイクから取り込み、その誤差信号と前記第１のマイクにより取り込まれる騒音信号とを乗算して前記積分器に前記乗算された信号を入力し、前記積分器は、前記第２のワイドレンジギルバート乗算器にて乗算された信号を積分し、前記差動荷重信号を前記第１のワイドレンジギルバート乗算器に入力する、アナログ電子回路において、前記階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、それら複数の入力層の一部又は全ての前に、前記第１のマイクにより取り込まれる騒音信号を位相遅延するアナログ位相調整回路を設けたことを特徴とするアナログ電子回路。
【請求項３】
前記第１のマイクと、前記スピーカと、前記第２のマイクと、請求項２に記載のアナログ電子回路とから構成されるアクティブノイズコントロールシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音に対して逆位相の音を発生させて騒音を消音させるためのアクティブノイズコントロールシステムおよびそれに用いられるアナログ電子回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクにより得られた騒音に対して逆位相の音をスピーカから発生することにより騒音を消音するアクティブノイズコントロールシステムでは、高い消音効果が得られるためにはマイクとスピーカ間の距離が特定されるため、その特定の距離以外では消音効果が大きく低下するという問題があった。
【０００３】
特許文献１によると、アナログ電子回路による適応フィルタを用いて、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールを行っている。この適応フィルタは、階層型ニューラルネットワークにおいて使用される誤差逆伝搬法のアルゴリズムを有する回路である。
【０００４】
特許文献２によると、アナログ電子回路による適応フィルタを用いて、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールを行っている。この適応フィルタは、階層型ニューラルネットワークにおいて使用される誤差逆伝搬法のアルゴリズムを有する回路であり、回路内全てを完全差動型で構成することにより騒音に対する耐性を高めた回路である。
【０００５】
非特許文献１によると、アナログ電子回路による適応フィルタを作成し、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールの実測および評価を行っている。
【０００６】
非特許文献２によると、特許文献２の回路にアナログ位相調整回路を付加することにより、特定のマイクとスピーカの間の距離において最大の消音効果を得られるように改善を加えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１２７００号公報
【特許文献２】特開２００８−０７０８２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M. Kato, “Active noise control in a duct by an analog neural network circuit”, Applied Acoustics, Vol. 72 (2011), pp.732-736
【非特許文献２】兵藤樹、朝倉岳、塚田究、加藤正史、「アナログ位相調整回路の付加によるダクト用ANC回路の性能向上」、信学技法、Vol. 112、No. 48、SIP2012-12 (2012)、pp.65-69
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術では、１次元ダクトにおけるアクティブノイズコントロールはリファレンスマイクでダクト内を伝搬する騒音を集音し、電気信号に変換し、アナログANC（Active Noise Control）回路にて騒音の逆位相音を作り、スピーカから出力することで騒音を除去するシステムである。しかし、リファレンスマイクとスピーカ間において、ダクト内を伝搬する騒音は空気中では約340m/sで伝搬するのに対して、アナログ電子回路内を伝搬する電気信号は前記伝搬速度と比較して無視できるほどに速いため、騒音と電気信号に時間差が生じ、消音効果が低くなるという課題があった。
【００１０】
すなわち、アナログ位相調整回路の付加による従来の改善では、高い消音効果を得られるマイクとスピーカの距離が特定されており、その距離以外では消音効果が大きく低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明では階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、それらの入力層の一部又は全てに時定数が夫々異なるアナログ位相調整回路を設けることにより、アナログ信号の位相の遅延を行い、マイクとスピーカの間を伝搬してきた騒音との時間差を低減する。
【００１２】
具体的には、本発明は、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールを目的としたアナログ電子回路において、階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、これら入力層の内の一部の前にアナログ位相調整回路を設けた回路構成を取ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールを目的としたアナログ電子回路において、階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、これら複数の入力層の全ての前にアナログ位相調整回路を設けた回路構成を取ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールシステムにおいて、マイクとスピーカ間の特定の距離以外でも、高い消音効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態における１次元ダクトにおけるアクティブノイズコントロールシステムの構成図である。
【図２】アナログ位相調整回路の回路図である。
【図３】入力層が２つで、そのうちの１つの前にアナログ位相調整回路が設けられた場合の消音効果の例を示す図である。
【図４】入力層が２つで、各入力層の前にアナログ位相調整回路が設けられた場合の消音効果の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、１つのスピーカ３を挟んで、その前後に２つのマイク１および２が配置された１次元ダクト内の騒音を制御する回路を例として、図１〜図４に従って、本実施形態の消音システムについて説明する。
【００１７】
本実施形態は、騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールを目的としたアナログ電子回路において、階層型ニューラルネットワークの入力層を２つにし、その双方の前にアナログ位相調整回路を設けた回路構成のものである。
【００１８】
図１において、１次元ダクト内の騒音はマイク１および２により電気信号に変換され、回路に取り込まれる。スピーカ３は、騒音と逆位相の音を発生させ、騒音を消音するためのものである。マイク１は、騒音を集音するためのリファレンスマイクである。マイク２は、スピーカ３による消音後、残ってしまった音を集音するためのエラーマイクある。
【００１９】
マイク１の電気信号は２つに分けられる。２つに分けられた電気信号は、それぞれ時定数が異なる２つのアナログ位相調整回路（APF）４および５に入力され、位相が遅延される。次に、位相遅延された２つの遅延信号は、階層型ニューラルネットワークの入力層に対応する２つのワイドレンジギルバート乗算器（WRM）６および７に入力され、後述するプロセスにて決定される荷重（荷重信号）VW1とVW2と乗算される。乗算結果は、ダクト内の騒音を打ち消す音をスピーカ３から出力させるための信号となる。２つの乗算結果は加算器（Add）８で加算された後、スピーカ３により音として出力される。出力された音が騒音と加算され、その結果、騒音が消音される。
【００２０】
次に、消音後（実際には低減後）の音はマイク２により電気信号に変換されてエラー信号（誤差信号）として回路に入力され、その電気信号は2つに分けられる。２つに分けられた電気信号は、２つのワイドレンジギルバート乗算器（WRM）9および１０に入力され、アナログ位相調整回路（APF）４および５により位相が遅延された遅延信号と乗算された後、２つの乗算結果を２つ積分器１１および１２に入力され、積分されることにより荷重VW1とVW2の値が決定される。
【００２１】
なお、階層型ニューラルネットワークを構成するワイドレンジギルバート乗算器６（７）、ワイドレンジギルバート乗算器9（１０）および積分器１１（１２）の構成は、例えば特開２００８−０７０８２１号公報に記載のものと同様である。
【００２２】
次に本発明の効果を、回路シミュレーションにより確認した結果について説明する。
【００２３】
騒音として５００Hz以上をカットしたホワイトノイズを回路シミュレーションに入力し、得られた出力信号と入力信号から式（１）に従って本発明の消音効果を算出する。ただし、シミュレーションに用いた騒音の電圧の総和と消音後の音の電圧の総和とは、それぞれ５００Hz以下の音の総和としている。
【００２４】
（数１）
消音効果Ceff[dB]＝20log10（騒音の電圧の総和）/（消音後の音の電圧の総和）    （１）
まず、図１に示すアナログ位相調整回路（APF）４を用いず、図２に示す回路をアナログ位相調整回路（APF）５に対してのみ付加した回路の消音効果をシミュレーションした結果を図３に示す。
【００２５】
なお、図２中の抵抗R1、R2およびR3は全て同じ定数であり、このとき遅れる位相は時定数RCに従う。ここで、騒音が図１中のマイク１からスピーカ３に到達する時間はマイク１とスピーカ３の間の距離xに比例するため、マイク１で取り込まれる騒音を、距離xと音速から計算できる時間分だけずらし、スピーカ３から出力される音と加算すると、騒音が消音されることになる。
【００２６】
図３は、ニューラルネットワークの入力層が２つで且つそのうちの１つにアナログ位相調整回路５を用いた回路と、ニューラルネットワークの入力層が１つで且つアナログ位相調整回路も付加していない回路の消音効果をシミュレーションした結果である。
【００２７】
図３に示すとおり、ニューラルネットワークの入力層が２つで且つそのうちの１つにアナログ位相調整回路５を用いた回路で、時定数が夫々RC=1.5ｘ10-4/s、RC=7.5ｘ10-4/sおよびRC=2.0ｘ10-3/sの場合は、ニューラルネットワークの入力層が一つで且つアナログ位相調整回路が付加していない回路に比べ、消音効果が高いことが分かる。
【００２８】
次に、アナログ位相調整回路４およびアナログ位相調整回路５ともに用いた回路の消音効果をシミュレーションした結果を示す。
【００２９】
図４は、ニューラルネットワークの入力層が２つで且つアナログ位相調整回路を２つ用いた回路と、ニューラルネットワークの入力層が１つで且つアナログ位相調整回路を１つだけ用いた場合の消音効果をシミュレーションした結果である。
【００３０】
図４に示すとおり、ニューラルネットワークの入力層が２つで、アナログ位相調整回路を２つとも用いた回路は、時定数がRC=1.5x10-4/sで、ニューラルネットワークの入力層が１つで且つアナログ位相調整回路を１つだけ用いた回路に比べ、消音効果が高いことが分かる。
（その他の実施形態）
第１実施形態では、ニューラルネットワークの入力層を２つとしたが、入力層が３つ以上で、アナログ位相調整回路を入力層の一部又は全てに用いた回路としても構わない。
【００３１】
上記した実施形態によれば、以下の特徴を有するアナログ電子回路が提供される。
【００３２】
（１）騒音に対して逆位相の音を発生し、騒音を消音するアクティブノイズコントロールシステムに用いられ、階層型ニューラルネットワークを構成しているアナログ電子回路であって、前記階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、それら複数の入力層の一部又は全ての前に、騒音信号を位相遅延するアナログ位相調整回路を設けたことを特徴とするアナログ電子回路。
【００３３】
（２）第１のマイク、スピーカ、第２のマイクがダクト内に順に配置され、前記ダクト内の騒音を除去するアクティブノイズコントロールシステムに用いられるアナログ電子回路であって、第１、第２のワイドレンジギルバート乗算器と、積分器とを用いて階層型ニューラルネットワークを構成し、該階層型ニューラルネットワークの入力層に対応する前記第１のワイドレンジギルバート乗算器は、前記第１のマイクにより取り込まれる騒音信号と前記積分器から出力される荷重信号とを乗算して、前記ダクト内の騒音を打ち消す音を前記スピーカから出力させるための信号を出力し、前記第２のワイドレンジギルバート乗算器は、前記スピーカから出力される音により除去しきれなかった誤差信号を前記第２のマイクから取り込み、その誤差信号と前記第１のマイクにより取り込まれる騒音信号とを乗算して前記積分器に前記乗算された信号を入力し、前記積分器は、前記第２のワイドレンジギルバート乗算器にて乗算された信号を積分し前記差動荷重信号を前記第１のワイドレンジギルバート乗算器に入力する、アナログ電子回路において、前記階層型ニューラルネットワークの入力層を複数にし、それら複数の入力層の一部又は全ての前に、前記第１のマイクにより取り込まれる騒音信号を位相遅延するアナログ位相調整回路を設けたことを特徴とするアナログ電子回路。
【００３４】
なお、上記したアナログ位相調整回路が複数ある場合、位相遅延する時定数はそれぞれ異なっている。
【産業上の利用の可能性】
【００３５】
本発明を、騒音に対して逆位相の音を発生して消音するアクティブノイズコントロールシステムの電子回路に利用することにより、優れた消音効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
1、２  マイク 
３     スピーカ
４、５ アナログ位相調整回路
６、７、９、１０     ワイドレンジギルバート乗算器
８     加算器
１１、１２    積分器
１３、１４、１５     抵抗
１６、１7     増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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