(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抑制したい騒音とは同振幅・逆位相となる擬似騒音を送出するスピーカから、その擬似騒音を合成する騒音制御フィルタの入力側に接続された騒音検出用マイクロホンに至る帰還系の特性を模擬する帰還制御フィルタを有する能動騒音制御装置において、
該擬似騒音を送出する能動騒音制御を開始する前に該騒音検出用マイクロホンの出力を白色化するフィルタ構成の騒音白色化回路と、
該能動騒音制御開始後、該騒音検出用マイクロホンの出力から該帰還制御フィルタの出力を差し引いた残りの信号を該騒音白色化回路を経由して白色化する逆フィルタ構成回路と、
白色雑音発生回路と、
該白色雑音発生回路の出力を入力し該逆フィルタ構成回路によって構成された該逆フィルタの係数から該帰還系の特性と該帰還制御フィルタの伝達関数との誤差と該騒音制御フィルタの伝達関数との積に相当する分を生成する回路と、
該白色雑音発生回路の出力を入力し該能動騒音制御時に停止させた該騒音制御フィルタの係数の極性を反転して複写した複写騒音制御フィルタと、
該複写騒音制御フィルタの出力と該積との差をフィルタの係数として収束させ適応フィルタとを有し、
該適応フィルタの係数を該帰還制御フィルタの係数に加算して該帰還制御フィルタの特性と該帰還系と特性との差を小さくすることを特徴とした能動騒音制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
該生成回路が、該逆フィルタと、該白色雑音発生回路の出力に対して該逆フィルタの係数を減じる減算器と、で構成されていることを特徴とした能動騒音制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
該騒音白色化回路及び該逆フィルタ構成回路を共に線形予測法を用いたフィルタで構成することを特徴とした能動騒音制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
該白色化回路及び該逆フィルタ構成回路を共に非巡回型フィルタで構成したことを特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
該複写騒音制御フィルタの複写が一定時間間隔で実行されることを特徴とした能動騒音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は能動騒音制御装置に関し、特に小さく抑えたい騒音とは同振幅・逆位相となるように合成した擬似騒音を音響的に重ね合わせることにより該騒音を相殺する能動騒音制御装置に関するものである。
【０００１】
図４は、かかる能動騒音制御装置の従来例を示している。この例において、ダクト200中を右側の出口に向かって流れる騒音は騒音検出用マイクロホン201で信号ｘjとして採取された後、誤差検出用マイクロホン202に至るまでに誤差騒音ｇjに変化するものと予測される。
【０００２】
その騒音ｘjと帰還制御フィルタ210との差分信号と係数更新回路240からの更新係数Ｈjとを使って騒音制御フィルタ220は擬似騒音Ｇjを合成する。その係数更新回路240は、乗算器205で“−１”が乗算されたことにより位相反転されてスピーカ203から送出される擬似騒音−Ｇjと騒音ｇjとの和として、誤差検出用マイクロホン202から出力される信号Ｅjが最小となるように騒音制御フィルタ220の係数を算定する。
【０００３】
ここで、誤差経路フィルタ230は乗算器205の出力端子からスピーカ203、及び誤差検出用マイクロホン202を経て係数更新回路240に至る誤差経路の特性を模擬するフィルタで、騒音制御フィルタ220の係数更新に必要なものである。
【０００４】
また、スピーカ203から出力された擬似騒音−Ｇjはダクト200を経て騒音検出用マイクロホン201に帰還する。このとき、スピーカ203から騒音検出用マイクロホン201に至るダクト200の帰還路を遮断してハウリングの発生を防止するために帰還制御フィルタ210が挿入されている。
【０００５】
一般に、この帰還制御フィルタ210の係数は図５に示す能動騒音制御を開始する前において、図５に示すような回路構成を用いて予め算定されて固定される。
【０００６】
すなわち、白色雑音発生回路250で発生された白色雑音をスピーカ203と帰還制御フィルタ210と係数更新回路240とに与え、係数更新回路240により帰還制御フィルタ210の係数が更新されて行き、減算器204の出力（係数更新回路240の入力）が最小になった時にスピーカ203から騒音検出用マイクロホン201に至る帰還路は等価的に遮断されたことになり、帰還制御フィルタ210はこの時の係数に固定される。
【０００７】
しかしながら、そのように算定された帰還制御フィルタ210の係数は以後、図４に示す如く能動騒音制御時には固定されてしまうことは問題である。当然ながら、ダクト200内の特性が変化することが十分に想定されるからである。
【０００８】
実際、能動騒音制御時に騒音制御フィルタ220の係数を更新して誤差検出用マイクロホン202の位置で騒音を減少させると、騒音の反射位置がダクト200の出口端から誤差検出用マイクロホン202の位置に移動することからダクト200内の音響特性が変化して帰還制御フィルタ210による帰還路の遮断性能が低下することが知られている。
【０００９】
この遮断性能の低下はハウリングの発生の危険性を増大させるばかりでなく、騒音制御フィルタ220で合成された擬似騒音−Ｇjによる騒音低減性能も低下させることになる。
【００１０】
ダクト200内の音響特性が騒音低減量によって変化するという事実は、帰還制御フィルタ210の係数修正を能動騒音制御を動作させたまま繰り返して行う必要があることを意味している。
【００１１】
【従来の技術】
能動騒音制御中に帰還制御フィルタ210の係数を推定する方法としては図６に示す回路構成を用いる方法がよく知られている。
【００１２】
すなわち、白色雑音発生回路250で発生させた白色雑音を加算器251で乗算器205からの擬似騒音−Ｇjに加えてスピーカ203から出力させ、図４の例とは異なり騒音制御フィルタ220の係数更新を行わない（固定する）ことにより使用可能となった係数更新回路240を流用して減算器204の出力が最小になるように帰還制御フィルタ210の係数を更新するものである。
【００１３】
この構成において、減算器204の出力が最小となったときに騒音制御によって特性が変わったダクト200の帰還経路に対応した遮断が実現される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回路構成では能動騒音制御中にスピーカ203から余分な騒音（白色雑音）が送出されてしまう問題がある。
【００１５】
従って、その擬似騒音に重畳する白色雑音の大きさはダクト内騒音に比べて無視できる程度に小さく抑える必要がある。そのように騒音ｘjに埋もれた小さい帰還白色雑音成分から所要係数を推定することはかなりの時間を必要とし、また、高い推定精度を得ることも困難となる。
【００１６】
従って本発明は、変化する帰還路のインパルス応答に合わせて帰還制御フィルタの係数を騒音制御動作中に修正できる機能をもつ能動騒音制御装置において、能動騒音制御中に余分な騒音を発生させること無く帰還制御フィルタの係数の推定速度と精度を向上させることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る能動騒音制御装置は、抑制したい騒音とは同振幅・逆位相となる擬似騒音を送出するスピーカから、その擬似騒音を合成する騒音制御フィルタの入力側に接続された騒音検出用マイクロホンに至る帰還系の特性を模擬する帰還制御フィルタを有する能動騒音制御装置において、該擬似騒音を送出する能動騒音制御を開始する前に該騒音検出用マイクロホンの出力を白色化するフィルタ構成の騒音白色化回路と、該能動騒音制御開始後、該騒音検出用マイクロホンの出力から該帰還制御フィルタの出力を差し引いた残りの信号を該騒音白色化回路を経由して白色化する逆フィルタ構成回路と、白色雑音発生回路と、該白色雑音発生回路の出力を入力し該逆フィルタ構成回路によって構成された該逆フィルタの係数から該帰還系の特性と該帰還制御フィルタの伝達関数との誤差と該騒音制御フィルタの伝達関数との積に相当する分を生成する回路と、該白色雑音発生回路の出力を入力し該能動騒音制御時に停止させた該騒音制御フィルタの係数の極性を反転して複写した複写騒音制御フィルタと、該複写騒音制御フィルタの出力と該積との差をフィルタの係数として収束させ適応フィルタとを有し、該適応フィルタの係数を該帰還制御フィルタの係数に加算して該帰還制御フィルタの特性と該帰還系と特性との差を小さくすることを特徴としている。
【００１８】
なお、上記の生成回路は、該逆フィルタと、該白色雑音発生回路の出力に対して該逆フィルタの係数を減じる減算器と、で構成することができる。
さらに、該騒音白色化回路及び該逆フィルタ構成回路を共に線形予測法を用いたフィルタで構成することが可能である。
【００１９】
さらに、該白色化回路及び該逆フィルタ構成回路を共に非巡回型フィルタで構成してもよい。
また、該複写騒音制御フィルタの複写を一定時間間隔で実行することが好ましい。
【００２０】
以下に上記の本発明に係る能動騒音制御装置の動作を図１に示す原理図を参照して説明する。
能動騒音制御が必要な騒音は一般には白色雑音ではない。騒音検出用マイクロホン201でｘjとして採取された白色雑音でない騒音は、白色雑音ｗjを入力とする「あるフィルタＷ」の出力と見做すことができる。
【００２１】
そこで、本発明では図４に示す能動騒音制御を行う前に、減算器204の出力を図１に示す如く該フィルタＷと逆の特性Ｗ-1を持つフィルタ構成の騒音白色化回路110に作用させて白色雑音信号を得るようにする。すなわち、騒音白色化回路110は能動騒音制御動作を開始する前に騒音検出用マイクロホン201で採取されたダクト200騒音を白色化する回路である。
【００２２】
そして、能動騒音制御を開始させた後に、騒音白色化回路110を通した減算器204の出力に逆フィルタＷ-1を作用させた結果として出力される信号は、白色雑音ｗjを伝達関数がＷＷ-1／（１−ＤＡ）の系に印加した出力ｗj・ＷＷ-1／（１−ＤＡ）と見做せる。ただし、Ｄは帰還制御フィルタ210の係数と上記帰還系のインパルス応答との誤差を構成する伝達関数であり、Ａは騒音制御フィルタ220の伝達関数である。
【００２３】
すなわち、騒音の白色化回路110 の出力はｗj・ＷＷ-1／（１−ＤＡ）となる。更に、これの分子ＷＷ-1は単純遅延を示しており、従って、騒音白色化回路110の出力を逆フィルタ構成回路120で白色雑音信号ｗj（これ自体は使用されない）を得れば、その逆フィルタの係数は伝達関数（１−ＤＡ）となる。
【００２４】
なお、逆フィルタ構成回路120は、能動騒音制御動作を開始した後に図４に示した騒音制御フィルタ220、乗算器205、スピーカ203、騒音検出用マイクロホン201、帰還制御フィルタ210、及び減算器204で構成される一巡閉路の逆の特性を持つフィルタを構成している。
【００２５】
この伝達関数（１−ＤＡ）には明らかに、求めたい帰還制御フィルタ210係数の帰還系のインパルス応答に対する誤差Ｄが騒音制御フィルタ220の伝達関数Ａとの積ＤＡとして含まれている。
【００２６】
そこで、減算器141において次式の出力を得る。
１−（１−ＤＡ）＝ＤＡ＝Ｅj                         ・・・式（１）
【００２７】
このＥj と、能動騒音制御開始後に（例えば一定時間経過後毎に）停止させた騒音制御フィルタ220の係数の極性を反転させて複写した複写騒音制御フィルタ160に白色雑音発生回路250で発生した白色雑音を加え更に適応フィルタ150を通した出力との差が最小になるように該適応フィルタ150の係数を算定する。
【００２８】
なお、白色雑音発生回路250は帰還制御フィルタ210の係数の帰還系のインパルス応答との誤差を計算するために使用する回路であり、逆フィルタ140と減算器141は逆フィルタ構成回路120で算定した逆フィルタから騒音制御フィルタ220と帰還制御フィルタ210との積ＤＡに相当する分を生成するための回路（点線170で図示) である。
【００２９】
従って適応フィルタ150の係数は帰還制御フィルタ210の係数と帰還系のインパルス応答との誤差を与えることになる。すなわち、次式に示すように、その適応フィルタ150の係数Ｄjを帰還制御フィルタ210の係数Ｈjに加算すれば該帰還系の利得は小さく抑えられることになる。
Ｈj+1(i)=Ｈj(i)+Ｄj(i)                                 ・・・式（２）
【００３０】
【発明の実施の形態】
図２は、有色性の信号を白色化する最も一般的な方法としては音声の分析合成に利用されている線形予測法を適用した本発明の一実施例を示したものである。本発明では、音声の分析合成と異なり、有色性信号を白色化した後に再合成する必要がないので、本実施例としては逆フィルタは安定性の保証が容易なラティス（格子）構造とする必要は無く、非巡回型で十分であり、これを用いる。
【００３１】
すなわち、同図に示す回路を用い、係数更新回路320に適用するアルゴリズムとして学習同定法や逐次最小２乗法、亜逐次最小２乗法などを用いて非巡回型フィルタ310の係数を算定すれば減算器311の出力は容易に白色化することができる。
【００３２】
また、その減算器311の出力が白色化された後、非巡回型フィルタ310は白色雑音(wj)から有色性信号(xj)を生成するフィルタ(Ｗ)の逆の特性(Ｗ-1)を与えるフィルタとなるので、この回路は図１に示す逆フィルタ構成回路120としても使うことができる。
【００３３】
この図２に示す回路を騒音の白色化回路110と逆フィルタ構成回路120に用いて減算器204の出力が白色化されると、同図に示す非巡回型フィルタ310と減算器311は帰還制御フィルタ210の係数と帰還系のインパルス応答との誤差（Ｄ）を係数とする逆フィルタ（ＤＡ）を構成する。
【００３４】
従って、この場合、この非巡回型フィルタ310と減算器311の組み合わせを逆フィルタ140として本発明に適当すると、図１に示す減算器141と図２に示す減算器311は整理でき図３のようにも構成できる。
【００３５】
すなわち、この非巡回型フィルタ310に対して図４に示した騒音制御フィルタ220の係数の極性(±）を反転して複写した複写騒音制御フィルタ160と非巡回型構成とした適応フィルタ150の縦続接続を以て同定すれば適応フィルタ150の係数は帰還制御フィルタ210の係数と帰還系のインパルス応答との誤差（Ｄ）を与えることができる。
【００３６】
すなわち、この適応フィルタ150の係数を帰還制御フィルタ210の係数に加えれば、帰還制御フィルタ210の係数は帰還系のインパルス応答の標本値に更に近づくことになる。
【００３７】
なお、図１及び図３における騒音白色化回路110逆フィルタ構成回路120、及び適応フィルタ150の係数更新回路はそれぞれに付属したものを用いてもよいが、図４に示した係数更新回路240を必要に応じて順次使用してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上、本発明に係る能動騒音制御装置によれば、能動騒音制御を開始する前に騒音検出用マイクロホンの出力を白色化する騒音白色化回路を用意し、能動騒音制御開始後、該騒音検出用マイクロホンの出力から帰還制御フィルタの出力を差し引いた残りの信号を該騒音白色化回路を経由して逆フィルタ構成回路で白色化し、白色雑音発生回路の出力を用いて該逆フィルタ構成回路による逆フィルタの係数から帰還系の特性と帰還制御フィルタの伝達関数との誤差と該騒音制御フィルタの伝達関数との積に相当する分を生成し、該白色雑音発生回路の出力を用いて該能動騒音制御時に停止させた該騒音制御フィルタの係数の極性を反転して複写した複写騒音制御フィルタの出力と該積との差をフィルタの係数として適応フィルタを収束させ、該適応フィルタの係数を該帰還制御フィルタの係数に加算するように構成したので、該帰還制御フィルタの特性と該帰還系と特性との差を小さくすることができ、能動騒音制御中に白色雑音をスピーカから送出することなく帰還制御フィルタの係数が修正される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る能動騒音制御装置の原理ブロック図である。
【図２】本発明に係る能動騒音制御装置に用いられる線形予測法による有色性信号の白色化回路の実施例を示したブロック図である。
【図３】本発明に係る能動騒音制御装置の実施例を示したブロック図である。
【図４】固定型帰還制御フィルタを有する能動騒音制御装置の従来例を示したブロック図である。
【図５】能動騒音制御を始める前に従来行われている帰還制御フィルタ係数の算定回路例を示したブロック図である。
【図６】能動騒音制御中に行う帰還制御フィルタの係数更新を行う能動騒音制御装置の従来例を示したブロック図である。
【符号の説明】
110 騒音白色化回路
120 逆フィルタ構成回路
140 逆フィルタ
141, 151  減算器
150 適応フィルタ
160 複写騒音制御フィルタ
170 ＤＡ生成回路
250 白色雑音発生回路
310 非巡回フィルタ
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【図１】
0004080033.tif 000002
【図２】
0004080033.tif 000003
【図３】
0004080033.tif 000004
【図４】
0004080033.tif 000005
【図５】
0004080033.tif 000006
【図６】
0004080033.tif 000007