JP3728837B2 - Active noise control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消音波で騒音波を打ち消すことによって、騒音波を能動的に消去する能動騒音制御装置に関し、特に、騒音波伝搬系と消音波伝搬系の伝達特性が、消音動作中に変化しても、その変化に追従して良好な消音状態を保つ能動騒音制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
能動騒音制御装置は、騒音源から発生する騒音波を打ち消しあうような消音波を発生させて、騒音を低減する装置である。
従来の能動騒音制御装置の一般的な構成によれば、能動騒音制御装置は、騒音源から発生する騒音波を検出する参照マイクと、消音波を放出する二次音源と、消音後の騒音波(残留波)を検出するエラーマイクとを備えている。
【0003】
消音波は、騒音波又は騒音波と相関の高い信号を消音フィルタを通すことによって作成される。消音後の騒音波(残留波)はエラーマイクで監視され、消音状態が良好に保たれるように消音フィルタの内容が適応的に制御される。
従来の一般的な能動騒音制御装置の構成を図1に示す(小坂敏文 「適応フィルタの実用技術(5) −周波数領域の適応アルゴリズムを用いた能動的消音−」、日本音響学会誌48巻7号、pp. 520-524 (1992)参照)。
【0004】
図1において、101は騒音源である。102は騒音波を検出する参照マイク、103は消音波を放出する二次音源(具体的にはスピーカ)、104は消音後の騒音波(残留波)を検出するエラーマイクである。消音波は、102で拾った騒音波にFIR(Finite Impulse Response) ディジタルフィルタ105による信号処理を施すことによって作成される。106は、参照マイク102で検出した騒音波とエラーマイク104で検出する残留波を観察し、消音がより適切に行われるようにディジタルフィルタ105の係数を更新するコントローラである。
【0005】
このコントローラは、DとMの信号を観察し、DからMへの伝達関数RMDが0に近づくようなディジタルフィルタ105の伝達関数TF をさがす。より具体的には、ある時点におけるTF とRMDの値を基にして、TF の値を少しだけ修正することを繰り返す。
また、他の従来技術として、自動車の車室内の騒音低減を図る能動騒音制御装置も知られている(特開平7−253790号参照)。この能動騒音制御装置の構成を、図2に示す。
【0006】
図2において、120は騒音キャンセルシステムであり、エラー信号(残留波)のパワーが最小となるように騒音キャンセル信号(消音波)を発生する。123は騒音キャンセル音Scn を放射するキャンセルスピーカ(二次音源)、124は騒音キャンセル点に配置され、騒音Sn とキャンセル音Scn の合成音を検出し、合成音信号をエラー信号en として出力するエラーマイクである。
【0007】
121は参照信号xn を発生する参照信号発生部、122は騒音キャンセルコントローラであり、参照信号発生部121から発生する参照信号xn が入力されるとともに、車室内の騒音キャンセル点における騒音Sn とキャンセル音Sc n の合成信号がエラー信号en として入力され、該エラー信号en が最小となるように適応信号処理を行って騒音キャンセル信号yn を出力する。騒音キャンセルコントローラ122は、適応信号処理部122aと、ディジタルフィルタ構成の適応フィルタ122bと、参照信号xn にキャンセル音伝搬系の伝搬特性(伝達関数)CM を畳み込んで信号処理用参照信号(フィルタードリファレンス信号)rn を作成する信号処理フィルタ122cとを有している。
【0008】
130はキャンセル音伝搬系の伝達関数に関する連立方程式を演算する伝達関数演算処理部であり、参照信号xnと、エラー信号enと、適応フィルタ122bの係数wnを用いてキャンセル音伝搬系の伝達関数cを、誤差を徐々に減らすような反復計算によって演算し、信号処理フィルタ122cに逐次設定するようになっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
一般に、能動騒音制御装置においては、消音波を二次音源から放出する際に二次音源の特性が重畳される。従って、騒音波と打ち消しあうような消音波を作成するには、消音フィルタは、二次音源の逆特性を有するようにしなければならない。二次音源の逆特性は、検出マイクを通過してから二次音源に至るまでの距離を離して遅延時間を許容すればするほど実現しやすくなる。あるいは、遅延時間があまり許容されないならば、逆特性の精度はあきらめざるを得ない。
【0010】
前述した従来の一般的な能動騒音制御装置(図1)では、消音時にはコントローラ106の入力M=0が成り立つことを前提とし、M=0にすることを能動消音の目標としている。ところが、M=0を成り立たせようとするとればするほど、二次音源103の逆特性をより正確に実現する必要があり、参照マイク102と二次音源103の間隔を広げなければならず、能動騒音制御装置の大型化を招いてしまう。
【0011】
また、周波数領域で表現されたディジタルフィルタ105の伝達関数TF をIFFT (Inverse Fast Fourier Transform) 演算すれば、一般的には、TF のインパルス応答が得られて、これが必要なFIRディジタルフィルタ105の係数になるはずであるが、このインパルス応答の長さがFIRディジタルフィルタ105の長さ(タップ数とも呼ぶ)に納まるという保証がない。より詳細に述べると、例えば、IFFTの点数が1024なら、TF のインパルス応答は1024点になる、FFT (Fast Fourier Transform) 及びIFFTは周期関数を前提としているので、前半の512点は時間が正の範囲に対応させ、後半の512点は時間が負の範囲に対応させるのが通例である。一方、FIRディジタルフィルタ105の長さは信号処理系の能力の制約を受け、例えば300ならば、TF のインパルス応答で0以外の値は先頭から300番目の範囲内に納まっていると都合がよい。しかし、IFFTで得られるインパルス応答においては、現実には、先頭から301番目以降に0以外の値が出現してしまうのが、普通である。
【0012】
だからといって、フィルタ長を十分に長くすれば、コストの上昇を招き、また、時間が負の範囲のインパルス応答を、時間が正の範囲に移すには、検出マイクと二次音源の間隔を広げなければならず、音響系の大型化を招いてしまう。
なお、このように、周波数領域で表現した伝達関数に基づいて逆特性を算出する場合の措置は、従来は具体的に十分な定式化がされていない。例えば、大賀寿郎、山崎芳男、金田豊、「音響システムとディジタル処理」電子情報通信学会発行(1995)では、「周波数領域の逆演算はフィルタ長が十分に長くないと誤差が発生する点など、その操作には慎重な配慮が必要である」と言及されている(p. 156の6〜7行目)。
【0013】
以上のように、従来の一般的な能動騒音制御装置(図1)では、周波数領域で消音フィルタTF の演算をすすめるために、消音フィルタの長さを大きくし、音響系を大型化することが避けられなかった。
また、前述した自動車の車室内の騒音低減を図る能動騒音制御装置(図2)においては、前記能動騒音制御装置と異なり、周波数領域に変換することなく、すべて時間領域で計算を行っている。このため、消音フィルタ長を長くしたり遅延時間を稼いだりする必要はなくなっている。しかし、同時に、連立方程式の解法やキャンセル音伝達関数cの計算が困難になっており、反復計算により漸近的に解かざるを得ない点で、計算時間を要している。
【0014】
本発明は、騒音波又はこれと相関の高い信号を参照センサで検出し、検出された信号を係数がhである消音フィルタに通すことで消音波を作成し、消音波を二次音源から放出することで、エラーマイクの位置で残留波の低減を図る能動騒音制御装置において、能動騒音制御の定式化を見直すことによって、これらの従来技術での欠点を克服することを可能にするもので、以下の目的と構成を有する。
【0015】
(1) 周波数領域で表された伝達関数から、漸近的な反復計算をせずに、所望のフィルタ長において最適な消音フィルタの係数を算出することを可能にし、ひいては、系の変動ヘの追従性能を高める。
前記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクへの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタに相異なる係数h1、と係数h2を設定する手段と、係数h1と係数h2それぞれの場合に対応するR1とR2を測定する手段と、H1とR1、H2とR2に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段と、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3をGとCを使って算出する手段を有するように構成されている(請求項1)。
【0016】
消音動作中に相異なる消音フィルタの係数を設定しては、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定し、騒音波の伝搬経路の伝達関数と消音波の伝搬経路の伝達関数を算出し、新たな消音フィルタの係数を算出し、この消音フィルタの係数を使って消音動作を行うことを繰り返す。すなわち、§7−2から§7−4に述べる、消音状態の維持を行う。
【0017】
これにより、周波数領域では簡単に伝達関数の四則演算ができる。連立方程式を解いて、騒音波伝搬系Gと消音波伝搬系Cを算出できる。消音フィルタHの係数hは、GとCから、最小二乗規範(実際の算法は一般逆行列に立脚)によって求める。これらを頻繁に繰り返すことで消音状態を維持することができる。
【0018】
(2) 騒音波のスペクトル分布に配慮した消音を行う。
一般に、騒音波のスペクトル分布は必ずしも全周波数範囲に波って平坦とは限らない。単純に考えれば、よりパワーのある周波数を重点的に消音した方が、全体として消音効果が高くなると思われるが、従来の能動騒音制御装置では、かかる騒音波のスペクトル分布が考慮されていない。
前記目的を達成するために、請求項2記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、騒音波信号のスペクトル分布を<|X|2 >とするとき、
GとCと<|X|2 >を算出する手段と、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段であって、最小自乗規範に<|X|2 >の重み付けを有する手段を有するように構成されている(請求項2)。
【0019】
請求項2記載の発明においては、GとCを使って消音フィルタを算出する際に、<|X|2 >を加味して得られた消音フィルタを使って消音動作を行う。すなわち、§5−2で後に説明する、<|X|2 >の算入を行う。
本発明による能動騒音制御装置では、かかる騒音波のスペクトル分布の偏りに配慮した消音が可能になるので、より適切な消音効果が得られる。
【0020】
(3) 周波数の重み付けをした消音を可能にする。
最適な消音とは必ずしも全周波数範囲に波って平坦な重み付けにすべきとは限らない。例えば、騒音は、A特性の騒音計で評価されることが多い。A特性のように、周波数の重み付けを考慮したときの消音は、従来技術による能動騒音制御装置では考慮されていない。
【0021】
前記目的を達成するために、請求項3記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音効果を評価する際の周波数重み付けをWとするとき、
GとCを算出する手段と、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段であって、最小自乗規範にWの重み付けを有する手段があるように構成されている(請求項3)。
【0022】
請求項3記載の発明においては、GとCを使って消音フィルタを算出する際に、Wを加味して得られた消音フィルタを使って消音動作を行う。すなわち、§5−2で後に説明する、Wの算入を行う。
本発明による能動騒音制御装置では、かかる周波数重み付けに配慮した消音が可能になるので、より適切な消音効果が得られる。
【0023】
(4) 消音対象とする周波数範囲を制限することを可能にする。
二次音源となるスピーカはすべての周波数範囲において再生能力を有する訳ではなく、特に数十Hz以下は消音波の出力が困難である。
また、ローパスフィルタ110、112(図1)があることにより、消音できる周波数帯域には上限がある。かかる周波数帯域の制限を無視して、無理に消音しようとするのは無駄である。
【0024】
本発明による能動騒音制御装置では、かかる周波数範囲の制限を加味することで、無理のない消音動作を可能にする。
前記目的を達成するために、請求項4記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクへの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音対象とする周波数範囲を示す周波数重み付けをFとするとき、
GとCを算出する手段と、GにFの重み付けを加えながら、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段があるように構成されている(請求項4)。
請求項4記載の発明においては、GとCを使って消音フィルタを算出する際に、GにFを加味して得られた消音フィルタを使って消音動作を行う。すなわち、§8で後に説明する、帯域制限Fの算入を行う。
【0025】
(5) 系の変動を検出可能にする。
前記目的を達成するために、請求項5記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数hと記憶してあるGとCの値から予想されるRの値R。を算出する手段と、係数hを消音フィルタに設定して消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、R1 とR0 のずれを予め定めた闇値と比較する手段と、GとCを算出する手段と、GとCを使って新たな消音フィルタの係数h3 を算出する手段とを有するように構成されている(請求項5)。
【0026】
請求項5記載の発明においては、R1 とR0 のずれが予め定めた閾値よりも大きい場合に限ってGとCを算出し直し、この算出しなおしたGとCを使って消音フィルタの係数h3 を求め、この新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行う。すなわち、§7−1で後に説明する、「系のずれを検出して、ずれが大きい場合のみ更新」することを行う。
【0027】
本発明による能動騒音制御装置では、騒音波伝搬系や消音波伝搬系を測定した結果を能動騒音装置内に記憶しておき、消音状態を比較することで、系の変動を検出することが可能になる。その結果、不要な再測定を避けることができるので、省消費電力などに役立てることができる。
【0028】
(6) 騒音波伝搬系が変動する場合に、消音効果を増やしつつ系を再測定できるようにする。
前記目的を達成するために、請求項6記載の発明は、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、記憶してあるC1 とH1 とR1 から、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数Gを算出する手段と、GとC1 から新たな消音フィルタの係数h2 を算出する手段を有するように構成されている(請求項6)。
【0029】
請求項6記載の発明においては、R1 に基づいてGを算出し、GとC1 を使って消音フィルタの係数を求めて消音動作を行う。すなわち、§7−2(ii)▲1▼に基づき、系の変化に追従するように消音フィルタを変化させる。
本発明による能動騒音制御装置では、騒音波伝搬系が変動しやすいことが前以て判っている音響系においては、系を再測定する際に悪影響を与えることがない。
【0030】
(7) 消音波伝搬系が変動する場合に、消音効果を増やしつつ系を再測定する。
前記目的を達成するために、請求項7記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、記憶してあるG1 とH1 とR1 から、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数Cを算出する手段と、G1 とCから新たな消音フィルタの係数h2 を算出する手段を有するように構成されている(請求項7)。
【0031】
請求項7記載の発明においては、R1 に基づいてCを算出し、G1 とCを使って消音フィルタの係数を求めて消音動作を行う。すなわち、§7−2(ii)▲2▼に基づき、系の変化に追従するように消音フィルタを変化させる。
消音波伝搬系が変動しやすいことが前もって判っている音響系においては、系を再測定する際に悪影響を与えることがない。
【0032】
(8) 後処理が容易な、系の再測定を可能にする。
前記目的を達成するために、請求項8記載の発明は、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、記憶してあるC1 と係数h1 とR1 から、係数h2 を算出する手段であって、消音効果がよりよくなるように係数h1 にインパルス波形を追加することで係数h2 を算出する手段を有するように構成されている(請求項8)。
【0033】
請求項8記載の発明においては、C1 と係数h1 とR1 から、係数h1 にインパルス波形を追加した係数h2 を算出して消音動作を行う。すなわち、§7−2(ii)▲3▼に基づき、係数h2 と係数h1 の差がインパルス波形になるように消音フィルタを変化させる。
本発明による能動騒音制御装置では、消音動作をしたまま、系を算出する後処理が容易なように、系を再測定することができる。
【0034】
(9) 系の変動の程度に応じた系の算出を可能にする。
前記目的を達成するために、請求項9記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタに相異なる係数h1 と係数h2 を設定する手段と、係数h1 と係数h2 それぞれの場合に対応するR1 とR2 を測定する手段と、消音フィルタの係数h1 ,G1 ,C1 から予想されるRの値とR1 のずれ、又は、消音フィルタの係数h2 ,G1 ,C1 から予想されるRの値とR2 のずれであるΔRを算出する手段と、H1 とR1 、H2 とR2 に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段と、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 を使って、消音フィルタの係数算出に使うべきG2 ,C2 を算出する手段と、消音効果が最も良くなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3 をG2 とC2 を使って算出する手段を有するように構成されている(請求項9)。
【0035】
請求項9記載の発明においては、ΔRが予め設定してある値に比ベて小さいときは、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 をΔRの大きさに関連させて内分することにより、G2 ,C2 を算出し、G2 ,C2 を使って算出された新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行う。すなわち、§7−3(iii) ▲2▼で後に説明する、GとCの更新を行う。
【0036】
系の変動が小さいときには以前に測定した結果を加味することで精度を高め、系の変動が大きいときは新たに測定した結果を重視することで追従性を高める。かかる機能を具傭した本発明による能動騒音制御装置は、追従性と高精度の兼ね合いを系の状況に合わせることができる。
【0037】
(10)系の算出精度を勘案した系の算出を可能にする。
前記目的を達成するために、請求項10記載の発明は、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタに相異なる係数h1 と係数h2 を設定する手段と、係数h1 と係数h2 それぞれの場合に対応するR1 とR2 を測定する手段と、H1 とR1 、H2 とR2 に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段と、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 を使って、消音フィルタの係数算出に使うべきG2 ,C2 を算出する手段と、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3 をG2 とC2 を使って算出する手段を有するように構成されている(請求項10)。
【0038】
請求項10記載の発明においては、ΔH=|H2 −H1 |2 が予め設定してある値に比べて小さいときは、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 をΔHの大きさで内分することにより、G2 ,C2 を算出し、ΔH=|H2 −H1 |2 が予め設定してある値に比べて大きいときは、算出されたG,Cを 、G2 ,C2 に用いることとし、G2 ,C2 を使って算出された新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行う。すなわち、§7−3(iii) ▲1▼で後に説明する、GとCの更新を行う。
【0039】
新たに系を算出する精度の善し悪しに応じて、以前の算出結果を加味する。かかる機能を具備した本発明による能動騒音制御装置は、算出精度のバラツキによってある回の算出における精度の落ち込みがあらわになることを未然に防ぐことができる。
【0040】
(11)消音効果を定量的に表示することを可能にする。
前記目的を達成するために、請求項11記載の発明は、
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの伝達関数をH、エラーマイクにおいて騒音波に由来するパワーの割合を示すコヒーレンス関数をγ2 とするとき、
GとCとγ2 を算出する手段と、GとCに基づいてHを算出する手段と、GとCとγ2 とHを用いて消音量を算出する手段と、算出された消音量を利用者に表示する手段と、を有するように構成されている(請求項11)。
【0041】
請求項11記載の発明においては、系を測定した結果に基づき、消音フィルタを計算し、消音量を算出して利用者に表示する。すなわち、§9で後に説明する、消音量の計算を行う。
本発明による能動騒音制御装置は、装置内に有する系の測定結果等を使って消音効果を表示するので、無理な音響系においては利用者は消音を断念することができ、無駄な努力をしなくて済む。
【0042】
(12)系の変動の程度に応じて系の測定精度を調節する。
前記目的を達成するために、請求項12記載の発明は、参照センサの信号からエラーマイクヘの信号ヘの伝達関数Rをクロススペクトル法によって求める手段であって、クロススペクトル法における平均化回数が可変である手段と、消音のずれの程度を算出する手段と、測定されたRに基づいて消音フィルタの係数hを算出する手段があるように構成されている(請求項12)。
【0043】
請求項12記載の発明においては、消音のずれが少ないときはより多い平均化回数でクロススペクトル法を行うことでRを測定し、消音のずれが多いときはより少ない平均化回数でクロススペクトル法を行うことでRを測定し、測定されたRに基づいて消音フィルタの係数hを算出し、この算出された係数hを使って消音動作をする。
【0044】
すなわち、§2で後に説明する平均化回数に対する精度と観測に必要な時間の関係に基づき、消音のずれの多寡に応じて平均化回数を制御することで、消音のずれが少ない場合には精度を高め、消音のずれが多い場合には観測に必要な時間を短縮する。
系の変動が小さいときには測定に時間をかけて精度を高め、系の変動が大きいときは精度は劣るが測定の時間を減らす。かかる機能を具備した本発明による能動騒音制御装置は、高精度と追従性の兼ね合いを系の状況に合わせることができる。
【0045】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
<能動騒音制御の定式化>
本発明の実施の形態を導く前提として、§1から§9までに本発明に係る能動騒音制御の定式化を説明する。
【0046】
§1.系の構成
本発明が適用される能動騒音制御系を図3に示す。
1は図示しない騒音源からの騒音波を検出する参照マイクである。参照マイク1の検出した信号をxと表す。2は消音波を放出する二次音源である。二次音源2に与える信号をyと表す。騒音波と消音波が打ち消しあった後に残る残留波は、3のエラーマイクで検出される。
なお、残留波には、騒音披とは無相関の外来雑音nも含まれる。エラーマイク3の検出した信号をeと表す。
【0047】
参照マイク1からエラーマイク3ヘ騒音波が伝わるときの騒音波伝搬系をGと表し、消音スピーカからエラーマイク3ヘ消音波が伝わるときの消音波伝搬系をCと表す。
なお、騒音波伝搬系Gと消音波伝搬系Cには、マイクやスピーカの特性も含まれるものとする。騒音波と相関のある参照信号をマイク以外のセンサ(例えば、振動センサ)で拾う場合には、その参照信号から騒音波ヘの伝搬系もGに含まれることになる。
【0048】
参照マイク1からの信号xは、マイクアンプ4、アンチエイリアシングのためのローパスフィルタ5、AD変換器6を経て、信号uとなって出力される。この信号uは、消音フィルタ7及び伝達関数算出部8に供給される。
消音フィルタ7から出力される信号vは、DA変換器9、スムージングのためのローパスフィルタ10、パワーアンプ11を経て、信号yとなって出力され、二次音源2に供給される。
【0049】
エラーマイク3からの信号eは、マイクアンプ12、アンチエイリアシングのためのローパスフィルタ13、AD変換器14を経て、信号dとして出力され、伝達関数算出部8に供給される。
適応制御部15は、伝達関数算出部8によって測定された伝達関数Rに基づいて、消音フィルタ7の内容を最適に保つ。
【0050】
x,y,e,u,v,d,nの周波数領域での表現を、それぞれX,Y,E,U,V,D,Nとする。例えば、Uはuに対してFFT (Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換) を施すことによって得られるもので、各周波数において複素数の値を有するベクトルである。FFTの点数として、系を表すのに十分な数の2の巾乗(例えば512,1024,2048)を選ぶのは周知の通りである。
【0051】
なお、FFTに先立ってuに窓関数をかける処理を行ってもよい。信号を周波数領域で表現するにはFFTを使う関係から、Uを表現するときの周波数の分解能は、「サンプリング周波数」/「FFTの点数」であり、Uは飛び飛びの周波数に対する値を有しているのはいうまでもない。
マイクアンプ4、ローパスフィルタ5、AD変換器6を合わせた伝達特性及び、マイクアンプ12、ローパスフィルタ13、AD変換器14を合わせた伝達特性をLIとし、DA変換器9、ローパスフィルタ10、パワーアンプ11を合わせた伝達特性をLOとする。すると、
U=XLI (21)
V=UH (22)
Y=VLO (23)
E=XG+YC+N (24)
D=ELI (25)
が成り立つ。
なお、単純化のためLI ,LOが騒音波伝搬系Gや消音波伝搬系Cに含まれるものと考えることもできる。この場合は、u,v,dをそれぞれ騒音波、消音波、残留波と呼べばよく、式の上ではLI=LO=1と扱えばよい。本発明の構成及び実施例においては、以下、かかる単純化に基づいた説明をする。
【0052】
§2.伝達関数の算出方法
ここで、伝達関数算出部8での伝達関数の算出方法について説明する。伝達関数の算出自体は公知の種々の手法があるが、後述の説明のために、クロススペクトル法を例に説明しておく。式(21)〜(25)からX,V,E,Y,Eを消去すると
D=U(G+HLI LO C)+NLI (26)
となる。この両辺にUの複素共役 *Uを乗じると、
*UD= *UU(G+HLI LO C)+ *UNLI (27)
となる。外来雑音Nは *Uと無相関なので、 *UDを多数回平均してクロススペクトルを求めると、 *UNLI は右辺第1項に比べて無視できるようになる。この時間平均を得る処理を<>で表すと、
< *UNLI >=0 (28)
と書ける。
【0053】
この平均するための回数(平均化回数)が少ないと、精度が悪くなるが、少ないサンプルで済むので観測時間が短くなる。逆に、平均化回数を多くすると、多くのサンプルが必要になるので観測に必要な時間が長くなるが、精度は向上する。平均化回数には、例えば20とか100とかの値を使用する。
さて、式(28)が成り立つ点に注意して、式(27)の両辺の時間平均をとると、
< *UD>=< *UU>(G+HLI LO C) (29)
となる。伝達関数算出部8は、伝達関数Rを、
R=< *UD>/< *UU> (30)
で算出するものであり、
R=G+HLI LO C (31)
となる。伝達関数算出部8はコヒーレンス関数γ2 を次式に基づいて算出することもできる。
【0054】
γ2 =< *UD>2 /(< *UU>< *DD>) (32)
このコヒーレンス関数は、信号Dの中に含まれるUと相関のある信号のパワーの割合を与えるものであり、0から1までの値をとる。1−γ2 は、外来雑音Nに起因するパワーの割合となる。
<|NLI |2 >=(1−γ2 )<|D|2 > (33)
なお、γ2 =0の場合は信号Dのパワーはすべて外来雑音Nに起因しており、γ2 =1の場合は信号Dのパワーはすべて信号Uと相関があることを意味している。
【0055】
§3.消音の目標
§3−1.パワーによる消音量の評価
次に消音の目標について説明する。
信号eを周波数領域で表現したEは、各周波数ごとに複素数の値を有するベクトルである。
いま、|E|2 はEの各周波数ごとのパワーを求めることを示し(Eが複素数である点に着目すると、|E|2 = *EEと書くこともできる)、<|E|2 >はその時間平均であり、Σは全周波数にわたる総和を求める演算を示すものとする。
【0056】
消音の目標は、信号eに関する値の自乗を最小にすること、すなわち最小自乗規範を用いることとする。具体的には、§3−3に説明する。
【0057】
§3−2.消音量の評価における周波数重み付け
消音の良否を考える際に、すべての周波数を均等の重み付けで考えるのは必ずしも一般的ではない。例えば、騒音の程度を測定するには騒音計が使われるが、そのA特性は2500Hz付近で重み付けのピークを示す。
また、騒音計のC特性は20Hz以下や12500Hz以上の重み付けが小さい。人間の聴覚特性も平坦な周波数特性ではない。
そこで、騒音の大ききは、各周波数ごとの重み付けWを付して、
P=ΣW<|E|2 > (34)
で比較することにする。Wは能動消音の目的や評価方法によって選択するのが妥当である。例えば、騒音計のA特性で測定することを重視するならば、Wには騒音計のA特性と同じ重み付けを与えるとよい。
【0058】
なお、騒音計のA特性の重み付けを表す式は、例えば、国際標準規格であるIEC651、“Sound Level Meter Amendment 1 ”p. 15 (1993)によれば、周波数f[Hz]の関数として
W(f)=12200 2 f4 (f2 +20.62 )-1(f2 +122002)-1(f2 +107.72)-1/2(f2 +737.92)-1/2
で表される(単純化のために、1000[Hz]においてゲインを0[dB]にする正規化を省いて示す)。
【0059】
いうまでもなく、式(34)における<|E|2 >はFFTに由来する飛び飛びの周波数の値を有するので、W(f)の値を求めるときは<|E|2 >の周波数に対応した値を計算しなければならない。
このように、Wは各周波数ごとに実数値を有するベクトルであるが、特殊な場合として全周波数にわたってW=1とすれば、式(34)はパワーの単なる総和を意味する。
【0060】
式(21)〜(24)、(28)を使って式(34)を整理すると、
P=ΣW{<|X|2 >|G+HLI LO C|2 +<|N|2 >}(35)
となる。
【0061】
§3−3.消音の目標
消音の目標は式(35)の値を小さくすることである。消音フィルタHによって、<|N|2 >が変わらない点に着目すると、消音の目標は、
Q=ΣW<|X|2 >|G+HLI LO C|2 (36)
を小さくすることとみなせる。
なお、この重み付けの項等の有無によって、消音の目標は細分類することができる。この点は§5における消音フィルタの算出手順において種々の場合を示す。
【0062】
§4.系の測定方法
§4−1.騒音波伝搬系GとLI LO Cの求め方
次に式(36)に出てくる騒音波伝搬系GとLI LO Cの求め方について説明する。
いま、消音フィルタ7の特性がH1 とH2 の2通りの場合について、伝達関数算出部8が伝達関数R1 とR2 を測定したとする。すると、式(31)より、
R1 =G+H1 LI LO C (37)
R2 =G+H2 LI LO C (38)
が成り立つので、この連立方程式を解いて、
G=(H2 R1 −H1 R2 )/(H2 −H1 ) (39)
LI LO C=(R2 −R1 )/(H2 −H1 ) (40)
を得ることができる。
§4−2.<|X|2 >の求め方
式(36)に出てくる<|X|2 >については、騒音源の性質が時間的に不変なら、予め測定し決定しておいた<|X|2 >を与えてもよい。あるいは、最新の性質を使うために伝達関数算出部8が式(30)のために算出する< *UU>(すなわち<|U|2 >)を利用してもよい。LI に主に影響を与えるのはローパスフィルタ5であるが、能動騒音制御の対象とする周波数の範囲内を通過周波数帯域になるように(すなわち、殆ど減衰させることがないように)ローパスフィルタ5を設計するのが通常なので、<|U|2 >をそのまま<|X|2 >の代わりに使うのも妥当である。
【0063】
また、ナイキスト周波数に近くなるに従ってローパスフィルタ5の減衰が徐々に大きくなるのを補正する意味から、消音対象とする周波数においては、
1/|LI |2 を<|U|2 >に乗じたものを<|X|2 >の代わりに使うのも妥当である。
なお、この場合は、消音対象周波数を越えてナイキスト周波数に近付くにつれ1/|LI |2 は無限大に近付くので、かかる周波数では1/|LI |2 を乗じるのをやめる等の措置が必要である。
【0064】
それから、伝達関数R1 ,R2 の順で算出する際の<|U|2 >の値を、<|U1 |2 >,<|U2 |2 >とすると、<|X|2 >としては、時間的により後の<|U2 |2 >を使うのも妥当であり、また、時間変化を平均化する観点から、<|U1 |2 >と<|U2 |2 >の平均を使うのも妥当である。
§5.消音フィルタの算出手順
§5−1.Σ|G+HC|2 を最小にする消音フィルタ
次に消音フィルタの算出手順について説明する。消音の目標は、式(36)のQを小さくすることであり、右辺のH以外の項W、<|X|2 >、G、LI LO Cは既知である。
【0065】
まず、計算の中心部分を判りやすく説明するために、Σ|G+HC|2 を最小にする消音フィルタの算出方法から説明する。
いま、騒音波伝搬系G,H,Cのインパルス応答をg,h,cとする。伝達関数での乗算は、時間領域においては畳み込み演算(記号◎で表すことにする)になることを考慮して、G+HCを時間領域で表現するとg+h◎cとなる。そして、g+h◎cをG+HCに変換するときのFFTの点数をKとすると、パーシバルの定理により、
Σ|G+HC|2 /K=Σ|g+h◎c|2 (41)
が成り立つ。
【0066】
なお、式(41)の左辺のΣは周波数領域での総和であり、右辺のΣは時間領域での総和を示す。式(41)から、Σ|G+HC|2 を最小にする代わりに、Σ|g+h◎c|2 を最小にする消音フィルタ係数hを求めればよいことが判る。
式(41)を最小にする消音フィルタは、一般逆行列の計算により求めることができる。
【0067】
いま、式(41)の右辺に含まれるg+h◎cを行列を使った計算式AZ−Bで表せるように、cを並べた行列をA、−gの一次元行列をB、hの一次元行列をZとする。
消音フィルタをp次とし、c={c0 ,c1 ,c2 ,…},g={g0 ,g1 ,g2 ,…},h={h0 ,h1 ,…,hp-1 }で表すと、
【0068】
【数1】
【0069】
である。そして、行列の各成分の自乗の総和を‖‖2 という記号で表すと、式(41)の右辺は‖AZ−B‖2 と表わされる。
行列Aの転置行列を TAと表せば、Aの一般逆行列は( TAA)-1 TAであり、
Z=( TAA)-1 TAB (42)
が‖AZ−B‖2 を最小にするという一般逆行列の性質は周知の通りである(例えば、伊藤昇、岩井齊良、岩堀長慶、上林達治、関野薫、高橋秀一 「経済系・工学系のための 行列とその応用」、紀伊國屋書店、pp. 71−72(1987)参照)。
【0070】
未知数Zを求めれば、これがすなわち消音フィルタ7に設定すべき係数列hを表している。
なお、式(39)、式(40)のために周波数領域で表したHが必要ならば、hに対してFFTを施せば算出できる。
計算の効率化のために、式(42)を直接計算する代わりに、
( TAA)Z= TAB (43)
なる連立方程式を解くことでZを求めることもできる。cの自己相関関数をri とすると、左辺の( TAA)のi行j列の要素はi≧jのときri-j 、i<jのときrj-i である。( TAA)は、対称Toeplitz行列(左上から右下ヘの斜め方向に並ぶ要素が同一の対称行列)となるので、Levinsonアルゴリズムが使える。
【0071】
また、右辺の TABは、cと−gの相互相関関数になっている。
cの自己相関関数は *CCのIFFTで効率よく計算してもよい( *CはCの共役複素数)。
また、cとgの相互相関関数は、 *CGのIFFTで効率よく計算してもよい。いうまでもなく、IFFTを使うとインパルス応答cやgを一旦求める必要がない。後述の§5−2と§5−3はこの性質を利用している。
【0072】
なお、最初に求まっているのがインパルス応答gとcである場合に、消音フィルタ係数hを式(43)で算出すること自体は、例えば、鈴木陽一、浅野太、曽根敏夫、「音響系の伝搬系の模擬をめぐって(その2)」日本音響学会誌、45巻1号、p.44(1989)などに記載されている。
また、消音フィルタ係数hの算出に関連する公知の改良手法、例えば、TAAに対角要素σIを加算しておく(σは定数、Iは単位行列)ことで、TAAの行列式が小さな値になる場合に、係数hの値が異常に大きくなることを防げること(大賀寿郎、山崎芳男、金田豊、「音響システムとディジタル処理」、電子情報通信学会、p. 155(1995)参照)が本発明にも利用できるのはいうまでもない。
【0073】
§5−2.ΣW<|X|2>|G+HC|2を最小にする消音フィルタ
次に、式(36)に出てくる重み付けW<|X|2>を含めた
ΣW<|X|2>|G+HC|2
を最小にする消音フィルタの計算方法を説明する。
いま、W<|X|2>=M2 とおくとする(Mは負でない実数)。すると、
W<|X|2>|G+HC|2 =|(MG)+H(MC)|2
となり、
*(MC)(MC)=*CCM2 ,
*(MC)(MG)=*CGM2
が成り立つ。従って、W<|X|2>なる重み付けを算入するには、§5−1の最後で説明したIFFTする前の*CCと*CGにこの重み付けを乗じて、それぞれ*CCW<|X|2>と*CGW<|X|2>にしておけばよい。
【0074】
なお、いうまでもなく、Wか<|X|2>の片方だけの重み付けを算入するなら、それぞれ、*CCWと*CGW、*CC<|X|2>と*CG<|X|2>をIFFTすればよい。
§5−3.ΣW<|X|2>|G+HLILOC|2を最小にする消音フィルタ
そして、式(36)の右辺にあるΣW<|X|2>|G+HLILOC|2を最小にする消音フィルタ係数hを計算するには、前記のCの代わりに、LILOCを与えればよい。このようにして、消音フィルタ係数hを求める手順を、以下では、「消音フィルタ算出手順」と呼ぶことにする。
【0075】
§6.能動騒音制御装置の立ち上げ手順
次に、式(39)、式(40)を使って騒音波伝搬系GとLI LO Cを求める場合の、能動騒音制御装置の立ち上げ処理について説明する。
初期状態として、騒音波伝搬系Gと消音波伝搬系Cに関する予備知識がない場合には、H1 とH2 の2通り(H1 ≠H2 )についてR1 とR2 を求めなければ、式(39)、式(40)が計算できない。H1 とH2 の片方(単純化のためH1 とする)は0、すなわち、消音波を出さないとすることもできるが、残る他方(H2 )は、とにかく消音波を出さざるを得ない。
【0076】
そこで、例えば、うるさくなるが許容できる程度の大きさの消音波を出すことにし、かかる大きさaのインパルス波形を係数h2 に割り当てるとよい。大きさaは例えば1(消音フィルタの入力をそのまま出力する)とか、 0.1(消音フィルタの入力の 0.1倍の信号を消音フィルタから出力する)などを割り当てる。H2 は係数h2 にFFTを施すことによって求める。H1 とH2 は、他の値にすることもできるが、H1 =0、H2 =aの場合は、式(39)、式(40)に出てくる除算の計算が単純にできる。式(39)、式(40)によって騒音波伝搬系GとLI LO Cが求まった後は、前述の消音フィルタ算出手順により消音フィルタ係数hを求め、これを消音フィルタ7に設定すれば、消音の目標である式(36)を最小にすることができる。
【0077】
§7. 消音の維持
§7−1.系のずれの検出
次に、消音動作中に騒音波伝搬系Gや消音波伝搬系Cが変化する場合に、この変化に追従して消音を維持する手順について説明する。そのために、Rを常に観測しておき、LI LO C,G,h,Hの値を常に更新するとする。
初期値をLI LO C1 ,G1 ,h1 ,H1 とする(便宜上添字を1から始めるが、このH1 は立ち上げ処理で用いるH1 =0とは別物)。系のずれがないときでも常に更新を行うのでもよい。ここでは、無駄な更新を省く観点から、系のずれを検出して、ずれが大きい場合のみ更新を行う場合を示す。手順を以下に示す。
(i)初期状態として消音フィルタがH1 のとき(係数はh1 )の、R1 を求める。
【0078】
系にずれがないならば、R1 はG1 +H1 LI LO C1 に等しいはずである。。ずれが予め定めた閾値よりも大きければ§7−2の(ii)に進む。系のずれは、消音のずれでもある。ずれの大ききは、例えばΣ|R1 −(G1 +H1 LI LO C1 )|2 の値の大きさで判断する。
§7−2.系のずれに対処する消音フィルタの変化
(ii)消音フィルタの係数をh2 に変えてみて、R2 を求める。
【0079】
R1 −(G1 +H1 LI LO C1 )は、消音のずれを示す。騒音波伝搬系Gと消音波伝搬系Cのどちらがずれているかは、R1 だけからは決められない。どちらがずれやすいかは、音響系の構成に依存する。従って、どちらが変動しやすいかを決めておき、変動しにくい方を元の値のままとし、変動しやすい方をR1 から仮に求める。
【0080】
消音により役立つこととなる係数h2 の値として、以下の▲1▼〜▲3▼の3通りを示しておく。
▲1▼騒音波伝搬系Gがずれやすいと考えるなら、
G=R1 −H1 LI LO C1 (44)
とする。消音フィルタの係数h2 は、この騒音波伝搬系GとC1 を使って消音フィルタ算出手順に従って求める。H2 はFFTによりh2 から求めておく。
▲2▼消音波伝搬系Cがずれやすいと考えるなら、
LI LO C=(R1 −G1 )/H1 (45)
とする。消音フィルタの係数h2 は、このLI LO Cと騒音波伝搬系G1 を使って消音フィルタ算出手順に従って求める。H2 はFFTによりh2 から求めておく。
▲3▼一方、H2 −H1 =0となる周波数が存在するとその周波数においては、前回同定した値をそのまま参照せざるを得ない。かかる観点からは、H2 −H1 =0となる周波数が存在しない方が望ましいので、簡便に計算できることも勘案して、インパルス波形(全周波数範囲にわたって、パワーを有する)をh1 に付け加えることで、h2 を実現する場合も説明する。インパルス波形を付け加えるのは、R1 とLI LO C1 の相互相関関数(W<|X|2 >なる重み付き)の絶対値が最大になる時点とし、その大きさは
とする。これによりh2 が求まればそれにFFTを施すことでH2 を求める。
【0081】
なお、§5−3の説明に従って、式(46)の分子に出てくる「R1とLILOC1 の相互相関関数(W<|X|2>なる重み付き)」は、*(LILOC1)RW<|X|2 >をIFFTすることで求まり、式(46)の分母に出てくる「LILOC1の自己相関関数(W<|X|2>なる重み付き)」は、*(LILOC1)(LILOC1)W<|X|2>をIFFTすることで求まる。
【0082】
また、式(46)の分母の「LI LO C1 の自己相関関数(W<|X|2 >なる重み付き)で時刻0の値」は、W<|X|2 >|LI LO C1 |2 を全周波数範囲にわたって平均した値に等しいので、これにより計算してもよい。
【0083】
§7−3.系の再同定
(iii )G1 とC1 をG2 とC2 に更新する。
まず、(ii)のH2 に対するR2 を求める。そして、R1 =G+H0 LI LO CとR2 =G+H1 LI LO Cから、式(39)、式(40)を使って現在のGとCを計算する。
次に、各周波数におけるΔH=|H2 −H1 |2 の大きさに応じてGとCをG1 とC1 に算入し、G2 とC2 に更新する。この更新の方法として、以下に▲1▼と▲2▼の二通りを示す。
【0084】
▲1▼定性的にいって、ΔHが大きければ、新しく求めたGとCは信頼できる。ΔH=0なら更新しない。ΔHの多寡を峻別するために予め定めた定数をαとし、ΔH≧αなら全更新する。0<ΔH<αなら、ΔHに比例した割合で更新することにする。つまり、引数の中で小さい方を選ぶ関数min( ,)を使って、r=min(ΔH/α,1)なる値を算出し、
G2 =(1−r)G1 +rG (47)
LI LO C2 =(1−r)LI LO C1 +rLI LO C (48)
で更新する。
【0085】
なお、0≦ΔH≦αの範囲では、
となり、除算を避けることができる。
【0086】
また、ΔH≧αの範囲では、
G2 = *(H2 −H1 )(H2 R1 −H1 R2 )/|H2 −H1 |2 (51)
LI LO C2 = *(H2 −H1 )(R2 −R1 )/|H2 −H1 |2 (52)
となる。従って、実際の計算においては、一旦GとCを中間結果として算出するのではなく、 *(H2 −H1 )(H2 R1 −H1 R2 )と *(H2 −H1 )(R2 −R1 )を算出しておくのが、適切である。
【0087】
▲2▼H2 −H1 で割る除算が生じるが、別のやり方も示しておく。これは、§7−1(i)でのずれの大きさに相応する
ΔR=|R1 −(G1 +H1 LI LO C1 )|2 、又は、
ΔR=|R2 −(G1 +H2 LI LO C1 )|2 と、
ΔH=|H2 −H1 |2
の大きさを考慮した上で、GとCを更新する。定性的にいって、ΔRが大きければ古いC1 とG1 は信頼できない。ΔHが大きけれぼ新しいGとCは信頼できる。
【0088】
そこで、ΔRとΔHの多寡を峻別するために予め定めた定数をαとβとし、ΔRとΔHの両方を考慮したパラメータとしてr=min((αΔR+βΔH),1)を求め、
G2 =(1−r)G1 +rG (53)
LI LO C2 =(1−r)LI LO C1 +rLI LO C (54)
で更新する。
§7−4.消音フィルタの再計算
(iv)G2 とC2 から消音フィルタ算出手順により消音フィルタの係数h3 を求める。FFTにより、h3 からH3 を求めておく。この消音フィルタの係数h3 を使って消音を続行させる。すなわち、LI LO C2 ,G2 ,h3 ,H3 をそれぞれLI LO C1 ,G1 ,h1 ,H1 とおき直し、(i)に戻る。
§8.消音対象周波数の帯域制限
次に、周波数帯域の制限について説明する。消音フィルタには、LI LO を逆に補正するような特性が入っている。LI LO は本来消音しなくてもよい周波数帯域で落ちるような特性にしてある筈なので、LI LO を逆に補正するのは無理な努力を重ねることになる。
【0089】
また、二次音源2のスピーカは周波数帯域が限られている。
いま、消音する周波数範囲を表した伝達関数をFとする。Fの振幅は、消音したい範囲で1とし、位相は0とする。例えば、50〜2000Hzの範囲を消音したいなら、4次のBPF(バンドパスフィルタ)の振幅特性を参考にして、Fの振幅を周波数f[Hz]の関数として表すと、
とする。
【0090】
これを、消音フィルタに算入するには、消音フィルタ算出手順の計算において、Gの代わりにGFを使ってHを求めればよい。GはFFTに由来する飛び飛びの周波数の値を有するので、式(55)でFの値を求めるときはGの周波数に対応した値を計算しなければならない。
§9、消音効果の算出手順
最後に、消音効果を算出する手順について説明しておく。騒音の大きさは式(34)のPで表されるが、消音波を出していないときのPOFF と、消音波を出しているときのPONの比で、消音効果を利用者に示すことにする。
【0091】
さらに、音響の分野ではdB(デジベル)表示が一般的な点に配慮すると、消音効果PON/OFFは、
PON/OFF=10log10 (PON/POFF ) (56)
となる。消音波を出さないときはH=0と置けばよいことに着目し、式(35)を使って式(56)を展開すると、
で算出できる。
【0092】
§4−2で前述したように<|U|2 >をそのまま<|X|2 >の代わりに使う場合は、式(33)の右辺の(1−γ2 )<|D|2 >をそのまま<|N|2 >の代わりに使うのが妥当である。
また、ナイキスト周波数に近くなるに従ってローパスフィルタ5の減衰が徐々に大きくなるのを補正する意味から、消音対象とする周波数においては1/|LI |2 を<|U|2 >に乗じたものを<|X|2 >の代わりに使う場合には、1/|LI |2 を(1−γ2 )<|D|2 >に乗じたものを<|N|2 >の代わりに使うのが妥当である。
【0093】
なお、騒音のパワースペクトルの分布が平坦であることが判っているなら、<|X|2>は周波数に依存しない値となるので、式(56)において<|X|2>を乗ずる処理を省いてもよい。
また、周波数の重み付けWが平坦、すなわち、周波数によらずに常に1ならば、式(57)においてWを乗ずる処理を省けるのはいうまでもない。
【0094】
<発明の実施>
図4は、本発明による能動騒音制御を実施する装置の構成を示す。
21は騒音源20からの騒音波を検出する参照マイクであり、22は消音波を放出する二次音源となるスピーカである。騒音波と消音波が打ち消しあった後に残る残留波は、23のエラーマイクで検出される。
参照マイク21からの信号は、マイクアンプ24、アンチエイリアシングのためのローパスフィルタ25、AD変換器26を経て信号xとなり、DSP(ディジタル信号処理プロセッサ)27に供給される。
【0095】
DSP27から出力された信号yは、DA変換器29、スムージングのためのローパスフィルタ30、パワーアンプ31を経て二次音源スピーカ22に供給される。
エラーマイク23からの信号は、マイクアンプ32、アンチエイリアシングのためのローパスフィルタ33、AD変換器34を経て信号eとなり、DSP27に供給される。
【0096】
サンプリングクロック供給回路28はAD変換器26,34、DA変換器29にサンプリングクロックを供給するとともに、DSP27の割り込み端子にもこのサンプリングクロックを与える。
DSP27においては、AD変換器26,34、DA変換器29の変換と同期して割り込みルーチンが起動される。
【0097】
図3で示した消音フィルタ7は、図4においてはDSP27の割り込みルーチンで実施され、図3で示した伝達関数算出部8と適応制御部15は、図4においてはDSP27のメインルーチンで実施される。
なお、図4においては説明の単純化のためローパスフィルタ等に起因するLI とLO による影響は、騒音波伝搬系Gと消音波伝搬系Cに含まれるとみなす。以降では、AD変換器26を経た信号xを騒音波、DA変換器29に供給する信号yを消音波、AD変換器34を経た信号eを残留波と呼ぶことにする。すると、xからeまでの経路が騒音波伝搬系Gであり、yからeまでの経路が消音波伝搬系Cとなる。
【0098】
なお、能動騒音制御の定式化の§1で前述した通り、定式化で示した式は、LI =LO =1と置けば、図4の実施例に帰着する。
また、二次音源から参照マイクヘの消音波の伝搬(フィードバック)がある場合(図5(a) 参照)には、この伝搬系の伝達関数をBとおくと、図5(b) に示すように消音波伝搬系の特性をC−GBとおくことによってフィードバックがない場合に帰着できる。すなわち、本発明は、フィードバックの有無にかかわらず適用が可能である。
【0099】
DSP27内で行うメインルーチンと割リ込みルーチンの機能分担を模式的に図6に示す。
メインルーチン71では、伝達関数算出と消音フィルタ係数算出を行う。割り込みルーチン72では、AD変換器26,34からの騒音波と残留波の読み込み、消音波を作成する計算、DA変換器29ヘの消音波の書き出しを行う。
【0100】
メインルーチン71と割り込みルーチン72の間でデータをやりとりするために、データ受け渡し領域A3,領域A5,領域A7がある。具体的には、メインルーチン71は、新しい消音フィルタの係数を領域A3に書き込む。割り込みルーチン72は、領域A3に新しいデータが揃ったら一括して、割り込みルーチン72専用に確保してある領域A4に書き移す。
【0101】
割り込みルーチン72における消音波の計算には領域A4の領域を使用するので、メインルーチン71が領域A3にデータを逐次書き込んでいる最中であっても、消音波の計算に支障はない。
騒音波と残留波のデータは割り込みルーチン72から領域A5と領域A7に書き込む。騒音波と残留波のデータはクロススペクトル法による伝達関数の計算に使われるが、そのために必要な数のデータが領域A5と領域A7に集まると、メインルーチン71は領域A6と領域A8に書き移す。以降は、メインルーチン71は領域A6と領域A8を使って伝達関数の計算を進める。
【0102】
メインルーチン71における伝達関数の計算は領域A6と領域A8を使って進むので、並行して割り込みルーチン72が領域A5と領域A7に書き込んでも、伝達関数の計算には支障がない。
図7は、DSP27の割り込み処理のフローチャートである。
S10とS11は、新しい消音フィルタの係数が、メインルーチンによって領域A3に用意されている場合に、それを領域A4に移す処理である。
【0103】
S12は、騒音波xn と残留波en をそれぞれAD変換器26とAD変換器34から読み出す処理である。ここで、添字nは現在のサンプリング時刻におけるデータを意味し、n−iはiサンプリング周期前の時刻におけるデータを意味する。
S14は、消音波yn を計算する処理である。消音フィルタの係数は全部でp個あるものとしている。
【0104】
S15は消音波yn をDA変換器29に書き出す処理である。
図8と図9は、DSP27のメインルーチンにおける立ち上げ処理を示している。
図8のS20で全作業領域の初期化を行う。
S21は消音フィルタの係数としてh1 を設定する処理である。
【0105】
S22で割り込み許可を行っており、以降は、サンプリング周期ごとに図7の割り込み処理が起動されることになる。
S23は、クロススペクトル法により伝達関数等を算出する処理である。
S24とS25は、消音フィルタの係数をh2 に代えて、伝達関数等を算出する処理である。実際の消音動作に入るまでの期間は、消音波を出さないようにするためS26では、消音フィルタの係数に0を設定している。
【0106】
S27で騒音波伝搬系の伝達関数G1 と消音波伝搬系の伝達関数C1 を算出し、S28で消音フィルタの係数h3 を算出している。
図9のS29とS30で消音量を算出し、S31で利用者に表示する。このとき、消音量以外に、|X2 |2 ,G1 ,C1 ,H3 ,h3 ,γ2 2 ,g1 (G1 にIFFTを施すと得られる),c1 (C1 にIFFTを施すと得られる)のいずれか又は全部を表示してもよい。
【0107】
利用者はS32で、消音動作を行うか、断念するかを入力する。もし、消音動作を行う場合はS33からS34に進み、以降は図12の消音の維持に進む。
なお、S32で利用者に消音動作の可否を尋ねるのではなく、予め定めた閾値よりもよい消音効果が得られるならば、自動的にS34に進める実施も可能である。
【0108】
図10は、図8のS23とS25、図12のS57とS64から呼び出されるクロススペクトル法による伝達関数等を算出するサブルーチンを示している。
S40で、平均のために総和を求める作業領域等を初期化する。
S41で割り込みルーチンからデータを受け取る領域A5と領域A7を初期化し、S42でデータがFFTに必要な数だけ集まるまで待ち、S43でデータをメインルーチン専用の作業領域A6と領域A8に移す。
【0109】
S44でハニング窓をかけ、S45でFFTによりスペクトルを算出する。
S46はパワースペクトル、クロススペクトルの総和を求める処理であり、S47とS48で平均化回数k0 だけ繰り返しを行い、平均化回数k0 になればS49の除算で平均を算出している。
その後S50で、伝達関数Rとコヒーレンス関数γ2 を算出する。
【0110】
なお、平均化回数k0は図8のS20においてk1に設定され、図13のS69と図12のS60cにおいてそれぞれk2とk1に変更される。k2<k1なる大小関係にしておけば、平均化回数k0がk1のときは測定時間が長いが精度がよくなり、平均化回数k0がk2のときは精度が悪くなるが測定時間が短くて済む。
【0111】
図11は、図8のS28と、図13のS66と、図14(a) のS72と、図14(b) のS74から呼び出される、消音フィルタの計算を行うサブルーチンを示している。
S51で自己相関関数r(r={r0,r1,r2,‥‥rk-1 }とする)、相互相関関数d(d={d0,d1,d2,‥‥dk-1 }とする)を計算する。この際に、重み付け係数Wなども算入しておく。
【0112】
S52以降は、Levinsonアルゴリズムによる消音フィルタの係数hの算出を示している(消音フィルタの段数はpとする)。
なお、Levinsonアルゴリズムについては、例えば、谷萩隆嗣、「ディジタル信号処理の理論 1基礎・システム・制御」、コロナ社、p.44(1985)などで解説されているので、ここでは説明を省く。
【0113】
図12及び図13は、DSP27のメインルーチンにおいて消音を維持する処理を示している。
S55は消音フィルタの係数h1 を領域A3に設定し、この係数h1 による消音動作を開始するための処理である。後の処理のために、S56では係数h1 を周波数領域で表したH1 に変換している。
【0114】
騒音波伝搬系の伝達関数G1 と消音波伝搬系の伝達関数C1 とH1 によれば、伝達関数はG1 +H1 C1 になる筈だが、これと、S57で求めた伝達関数R1 とのずれqをS58で求め、閾値δとの比較をS59で行っている。もし、ずれqが閾値δ以下で、かつ、S60cの判定においてクロススペクトル法の平均化回数k0 がk1 ならば、消音状態は良好に保たれているので、このままの状態を維持することにし、消費電流の節約を狙ったS60bに進む。
【0115】
S60bでは割り込み処理を行っている以外の間はDSP27をパワーダウンモードにする。
S60bを抜けるのは、消音状態のずれが小さいままに留まると期待できる一定時間であり、音響系の構成にもよるが、例えば、10秒などとする。
S60cで平均化回数k0 がk1 でない(すなわち、k2 である)ならば、S60cで平均化回数k0 をk1 に増やす(k2 <k1 )ことでクロススペクトル法による測定の精度を高くしてから、S57による測定を再度行うこととしている。
【0116】
S59でずれqが閾値δより大きい場合は、騒音波伝搬系の伝達関数G1 と消音波伝搬系の伝達関数C1 の更新が必要なので、S61に進む。
S61では決定した係数h1 とは異なる消音フィルタの係数h2 をS62で設定し、これに対応する伝達関数をS64で求める。
S65でG1 とC1 を更新し、S66で次回に使用する消音フィルタの係数h3 を算出する。
【0117】
S67では、S55からS66までの処理を繰り返せるように、h3,G2,C2 をh1,G1,C1に代入している。
S68(とS69)を経て、S55ヘと戻ることにより、消音状態を維持する処理を繰り返し行う。
S68とS69では、ずれqが閾値δより大きい場合はS69で平均化回数k0をk2に減らす(k2<k1)ことで、クロススペクトル法によるS57とS64を再度行うときの測定時間を短くする。これは、消音状態を維持する繰り返し時間を短縮して、系の変動ヘの追従性を高めるためである。
【0118】
図14には、図12のS61で行うベき消音フィルタの係数h2 の決定処理を3通り示してある。騒音波伝搬系の伝達関数Gと消音波伝搬系の伝達関数Cのどちらがずれやすいかは音響系の構成に依存する点等を勘案して、これらの中からどれかを実施すればよい。
図14(a) は、騒音波伝搬系の伝達関数G1 がGにずれたと想定する場合に、S72で係数h2 を算出する処理(§7−2(ii)▲1▼)を示している。
【0119】
図14(b) は、消音波伝搬系の伝達関数C1 がCにずれたものと想定する場合に、S74で係数h2 を算出する処理(§7−2(ii)▲2▼)を示している。
図14(c) は、騒音波伝搬系の伝達関数G1 がずれた場合を想定しているが、係数h1 に一つのインパルス波形だけを追加するという条件の元で適切な係数h2 を求める処理(§7−2(ii)▲3▼)を示している。
【0120】
図15は、図12のS65から呼び出される、G2 とC2 の第1の計算処理(§7−3(iii) ▲1▼)を示している。S81はG1 とC1 等を構成する各複素数ごとに処理を行うためのループである。S81では、
H1 ={H1 (0) ,H1 (1) ,‥‥,H1 (k-1) }
H2 ={H2 (0) ,H2 (1) ,‥‥,H2 (k-1) }
R1 ={R1 (0) ,R1 (1) ,‥‥,R1 (k-1) }
R2 ={R2 (0) ,R2 (1) ,‥‥,R2 (k-1) }
G1 ={G1 (0) ,G1 (1) ,‥‥,G1 (k-1) }
C1 ={C1 (0) ,C1 (1) ,‥‥,C1 (k-1) }
G2 ={G2 (0) ,G2 (1) ,‥‥,G2 (k-1) }
C2 ={C2 (0) ,C2 (1) ,‥‥,C2 (k-1) }
と表すものとする。S85では、式(51)と式(52)を実施しており、S86で式(47)と式(48)を実施している。
【0121】
なお、図14で(c) を採用した場合は、ΔHは添字iとは無関係の値になるので、S82はS81のループの前に出すことができる。
図16は、図12のS65から呼び出される、G2 とC2 の第2の計算処理(§7−3(iii) ▲2▼)を示している。S94におけるH2 −H1 の除算において分母が0になると計算に困る。そこで、図12のS61においては図14(c) の処理を実施し、また、図12のS59によってずれがある場合に限ってS61に進むようにしておくとよい。
【0122】
なお、S91では、
ΔR=|R1 −(G1 +H1 C1 )|2
の代わりに
ΔR=|R2 −(G1 +H2 C1 )|2
を計算してもよい。
【0123】
<請求項記載の発明との対応>
最後に、請求項記載の発明の構成と、フローチャートの対応を示しておく。
(1) 請求項1記載の発明
消音フィルタに相異なる係数h1 と係数h2 を設定する手段は、図12のS55,S61,S62で実施されている。
係数h1 と係数h2 それぞれの場合に対応するR1 とR2 を測定する手段は、図12のS57とS64で実施されている。
【0124】
H1とR1、H2とR2に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段は、図12のS65で実施されている。
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3をGとCを使って算出する手段は、図13のS66で実施されている。
【0125】
消音動作中に相異なる消音フィルタの係数を設定しては、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定し、騒音波の伝搬経路の伝達関数と消音波の伝搬経路の伝達関数を算出し、新たな消音フィルタの係数を算出し、この消音フィルタの係数を使って消音動作を行うこと、を繰り返すことは、図12のS55から図13のS67を回るループで実施されている。
【0126】
(2) 請求項2記載の発明
GとCと<|X|2 >を算出する手段は、図12のS55〜S57とS61〜S65で実施されている。
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段であって、最小自乗規範に<|X|2 >の重み付けを有する手段は図11で実施されており。特に<|X|2 >の重み付けはS51における乗算で実施されている。
【0127】
算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことは、図12、図13においてS66、S67の後でS55で消音フィルタの係数を設定することで実施されている。
【0128】
(3) 請求項3記載の発明
GとCを算出する手段は、図12のS55〜S57とS61〜S65で実施されている。
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段であって、最小自乗規範にWの重み付けを有する手段は図11で実施されており、特にWの重み付けはS51における乗算で実施されている。
算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことは、図12、図13においてS66,S67の後でS55で消音フィルタの係数を設定することで実施されている
(4) 請求項4記載の発明
GとCを算出する手段は、図12のS55〜S57とS61〜S65で実施されている。
【0129】
GにFの重み付けを加えながら、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段は、図11で実施されており、特にFの重み付けはS51における乗算で実施されている。
算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことは、図12、図13においてS66、S67の後でS55で消音フィルタの係数を設定することで実施されている。
【0130】
(5) 請求項5記載の発明
消音フィルタの係数hと記憶してあるGとCの値から予想されるRの値(R0 とする)を算出する手段は、図12のS58でG1 +H1 Cを計算することにより実施されている。
係数hを消音フィルタに設定して消音動作を行っているときのRの値(R1 とする)を測定する手段は、図12のS57で実施されている。
R1 とR0 のずれを予め定めた閾値と比較する手段は、図12のS59で実施されている。
GとCを算出する手段は、図12のS55〜S57とS61〜S65で実施されている。
【0131】
GとCを使って新たな消音フィルタの係数h3 を算出する手段は、図13のS66で実施されている。
R1 とR0 のずれが予め定めた閾値よりも大きい場合に限ってGとCを算出し直し、この算出しなおしたGとCを使って消音フィルタの係数h3 を求め、この新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行うことは、S59でNOに分岐した後にS61〜S67からS55に至る経路で実施されている。
【0132】
(6) 請求項6記載の発明
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値(R1 とする)を測定する手段は、図12のS57で実施されている。
記憶してあるC1 とH1 とR1 から、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数Gを算出する手段は、図14(a) のS71で実施されている。
【0133】
GとC1 から新たな消音フィルタの係数h2 を算出する手段は、図14(a) のS72で実施されている。
算出された新たな消音フィルタの係数h2 を使って消音動作を行うことは、図12のS62で実施されている。
【0134】
(7) 請求項7記載の発明
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値(R1 とする)を測定する手段は、図12のS57で実施されている。
記憶してあるG1 とH1 とR1 から、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数Cを算出する手段は、図14(b) のS73で実施されている。
G1 とCから新たな消音フィルタの係数h2 を算出する手段は、図14(b) のS74で実施されている。
【0135】
算出された新たな消音フィルタの係数h2 を使って消音動作を行うことは、図12のS62で実施されている。
【0136】
(8) 請求項8記載の発明
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値(R1 とする)を測定する手段は、図12のS57で実施されている。
記憶してあるC1 とh1 とR1 から、h2 を算出する手段であって、消音効果がよりよくなるようにh1 にインパルス波形を追加することでh2 を算出する手段は、図14(c) のS75からS78で実施されている。
算出された新たな消音フィルタの係数h2 を使って消音動作を行うことは、図12のS62で実施されている。
【0137】
(9) 請求項9記載の発明
消音フィルタに相異なる係数h1 と係数h2 を設定する手段は、図12のS55とS61とS62で実施されている。
係数h1 と係数h2 それぞれの場合に対応するR1 とR2 を測定する手段は、図12のS57とS64で実施されている。
【0138】
消音フィルタの係数h1 ,G1 ,C1 から予想されるRの値とR1 のずれであるΔR、又は、消音フィルタの係数h2 ,G1 ,C1 から予想されるRの値とR2 のずれであるΔRを算出する手段は、図16のS91で実施される。
H1 とR1 、H2 とR2 に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段は、図16のS94で実施されている。
【0139】
算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 を使って、消音フィルタの係数算出に使うべきG2 ,C2 を算出する手段は、図16のS95で実施されている。
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3 をG2 とC2 を使って算出する手段は、図13のS66で実施されている。
【0140】
ΔRが予め設定してある値に比べて小さいときは、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 をΔRの大ききに関連させて内分することにより、G2 ,C2 を算出するという特徴は、図16のS93とS95で実施されている。
G2 ,C2 を使って算出された新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行うことは、図13のS66で実施されている。
【0141】
(10)請求項10記載の発明
消音フィルタに相異なる係数h1 と係数h2 を設定する手段は、図12のS55とS61とS62で実施されている。
係数h1 と係数h2 それぞれの場合に対応するR1 とR2 を測定する手段は、図12のS57とS64で実施されている。
【0142】
H1とR1、H2とR2に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段は、図12のS65、すなわち図15における、S83とS85の組み合せ、又は、S83とS86の組み合せで実施されている。
算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1,C1を使って、消音フィルタの係数算出に使うべきG2,C2を算出する手段は、図12のS65すなわち図15で実施されている。
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3をG2とC2を使って算出する手段は、図13のS66で実施されている。
【0143】
ΔH=|H2 −H1 |2 が予め設定してある値に比べて小さいときは、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 をΔHの大きさで内分することにより、G2 ,C2 を算出するという特徴は、図15のS84による判断の後S86により実施されている。
ΔH=|H2 −H1 |2 が予め設定してある値に比べて大きいときは、算出されたG,Cを、G2 ,C2 に用いるという特徴は、図15のS84による判断の後S85により実施されている。
【0144】
G2 ,C2 を使って算出された新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行うことは、図13のS66で実施されている。
算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことは、図12、図13においてS66、S67の後でS55で消音フィルタの係数を設定することで実施されている。
【0145】
(11)請求項11記載の発明
GとCとγ2 を算出する手段は、図8のS21〜S25とS27で実施されている。
GとCに基づいてHを算出する手段は、図8のS28と図9のS29により実施されている。
【0146】
GとCとγ2 とHを用いて消音量を算出する手段は、図9のS30により実施されている。
算出された消音量を利用者に表示する手段は、図9のS31により実施されている。
【0147】
(12)請求項12記載の発明
参照センサの信号からエラーマイクへの信号ヘの伝達関数Rをクロススペクトル法によって求める手段であって、クロススペクトル法における平均化回数が可変である手段は、図10のS40からS50までで実施されている。
消音のずれの程度を算出する手段は、図12のS58で実施されている。
測定されたRに基づいて消音フィルタの係数hを算出する手段は、図13のS66で実施されている。
消音のずれが少ないときはより多い平均化回数でクロススペクトル法を行うことでRを測定することは、図12のS59を経てS60cで平均化回数をk1 に設定した後、S57とS64が行われることで実施される。
【0148】
消音のずれが多いときはより少ない平均化回数でクロススペクトル法を行うことでRを測定することは、図13のS68からS69に進んで平均化回数がk2 に設定された後、S57とS64が行われることで実施される。
測定されたRに基づいて消音フィルタの係数hを算出し、この算出された係数hを使って消音動作をすることは、図13のS66のあとS67を経てS55が行われることで実施されている。
【0149】
【発明の効果】
(1) 請求項1記載の発明によれば、周波数領域で表された伝達関数から、漸近的な反復計算をせずに、所望のフィルタ長において最適な消音フィルタの係数が算出されるので、ひいては、系の変動への追従性能も高くなる。
所望のフィルタ長において最適な消音フィルタの係数を算出できるので、従来の能動騒音制御装置のように、単なる計算の都合で、フィルタ長を長くしたり、音響系を大型化する必要がなくなる。
【0150】
消音フィルタの係数の算出が短時間で行えるようになるため、消音動作中に、騒音伝搬系とキャンセル音伝搬系の伝達関数を算出し直しては消音フィルタの係数を再計算することが、短時間で繰り返して行える。従来の能動騒音制御装置では音響系はダクトなど固定的なものに限られていたが、本発明による能動騒音制御装置は音響系の変動に短時間で追従し消音を維持できる。そのため、エラーマイクを例えば人の頭部に配置しておいて、その人の動きに追従して消音させるというように新たな利用形態を実現することができる。
【0151】
(2) 請求項2記載の発明によれば、騒音波のスペクトル分布に配慮した消音を行える。そのため、全周波数範囲にわたって平坦とは限らない騒音波においては、よりパワーのある周波数を重点的に消音することができ、全体として消音効果が高くすることができる。
(3) 請求項3記載の発明によれば、周波数の重み付けをした消音を行える。そのため、全周波数範囲にわたって平坦な重み付けとは限らない場合、例えば、騒音が、A特性の騒音計で評価される場合には、その周波数の重み付けに合わせたより適切な消音を行うことができる。
【0152】
(4) 請求項4記載の発明によれば、消音対象とする周波数範囲を制限できる。装置の構成上消音波を出せない周波数において無理に消音しなくて済むようになる。換言すれば、消音可能な周波数のみにおいて消音するよう制御されるので、無理や無駄が生じない。
(5) 請求項5記載の発明によれば、系の変動を検出できる。系の変動のない場合には不要な再測定を避けることができるので、省消費電力などに役立てることができる。
【0153】
(6) 請求項6記載の発明によれば、騒音波伝達関数が変動する場合に、消音効果を増やしつつ系を再測定する。従って、騒音波伝達関数が変動しやすい音響系においては、系を再測定する際に悪影響を与えることがない。
(7) 請求項7記載の発明によれば、消音波伝達関数が変動する場合に、消音効果を増やしつつ系を再測定する。従って、消音波伝達関数が変動しやすい音響系においては、系を再測定する際に悪影響を与えることがない。
【0154】
(8) 請求項8記載の発明によれば、後処理が容易な、系の再測定ができる。h2 −h1 がインパルス波形であり、周波数成分が全周波数帯域にわたるので、測定不能な周波数が存在しない。また、h2 −h1 がインパルス波形なので、h2 −h1 で除する演算を時間軸上で行うこともできるようになる。すなわち、連立方程式の解法の選択肢が多くなるので、装置を実現する際に都合のよい処理を選びやすくなる。
【0155】
(9) 請求項9記載の発明によれば、系の変動の程度に応じた系の算出ができる。系の変動が小さいときには以前に測定した結果を加味するので精度が高く、系の変動が大きいときは新たに測定した結果を重視するので追従性が高い。つまり、追従牲と高精度の兼ね合いを系の状況に合わせることができる。
(10)請求項10記載の発明によれば、系の算出精度を勘案した系の算出ができる。新たに系を算出する精度の善し悪しに応じて、以前の算出結果を加味する。つまり、算出精度のバラツキによってある回の算出における精度の落ち込みがあらわになることを未然に防ぐことができる。
また、GとCの算出の際に、H2 −H1 の大ききがほぼ0の場合において、H2 −H1 で除す演算を避けることができるので、計算に支障が生じることがない。
【0156】
(11)請求項11記載の発明によれば、消音効果が定量的に表示される。すなわち、装置内に有する系の測定結果等を使って消音効果を表示するので、無理な音響系においては利用者は消音を断念することができ、無駄な努力をしなくて済む。また、利用者はよりより消音効果が得られるように音響系の構成を変えてみる(例えば、二次音源の位置を変える)ことができるようになる。
【0157】
(12)請求項12記載の発明によれば、系の変動の程度に応じて系の測定精度が調節される。すなわち、系の変動が小さいときには測定に時間をかけて精度の高め、系の変動が大きいときは精度は劣るが測定の時間を滅らす。つまり、高精度と追従性の兼ね合いを系の状況に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の一般的な能動騒音制御装置の構成を示す図である。
【図2】従来の、自動車の車室内の騒音低減を図る能動騒音制御装置の構成を示す図である。
【図3】本発明の能動騒音制御の定式化を説明するための能動騒音制御系の構成を示す図である。
【図4】本発明による能動騒音制御装置の構成を示す図である。
【図5】二次音源から参照マイクヘの消音波のフィードバックがある場合に、フィードバックがない系に帰着できることを説明する図である。
【図6】DSP27内で行われるメインルーチンと割リ込みルーチンの機能分担を模式的に示した図である。
【図7】DSP27の割り込み処理を説明するフローチャートである。
【図8】DSP27のメインルーチンにおける本発明の立ち上げ処理を説明するフローチャートである。
【図9】DSP27のメインルーチンにおける本発明の立ち上げ処理を説明するフローチャート(図8の続き)である。
【図10】図8のS23とS25、図12のS57とS64から呼び出される、クロススペクトル法による伝達関数等を算出する本発明のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図11】図8のS28と、図13のS66と、図14(a) のS72と、図14(b) のS74から呼び出される、消音フィルタの計算を行うサブルーチンを示すフローチャートである。
【図12】DSP27のメインルーチンにおいて消音を維持する本発明の処理を説明するフローチャートである。
【図13】DSP27のメインルーチンにおいて消音を維持する本発明の処理を説明するフローチャート(図12の続き)である。
【図14】図12のS61で行うベき消音フィルタの係数h2 の本発明の決定処理を説明するフローチャートである。
【図15】図12のS65から呼び出される、G2 とC2 の第1の計算処理(§7−3(iii) ▲1▼)を示すフローチャートである。
【図16】図12のS65から呼び出される、G2 とC2 の第2の計算処理(§7−3(iii) ▲2▼)を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 参照マイク
2 二次音源
3 エラーマイク
4 マイクアンプ
5 ローパスフィルタ
6 AD変換器
7 消音フィルタ
8 伝達関数算出部
9 DA変換器
10 ローパスフィルタ
11 パワーアンプ
12 マイクアンプ
13 ローパスフィルタ
14 AD変換器
15 適応制御部
20 騒音源
21 参照マイク
22 スピーカ
23 エラーマイク
24 マイクアンプ
25 ローパスフィルタ
26 AD変換器
27 DSP(ディジタル信号処理プロセッサ)
28 サンプリングクロック供給回路
29 DA変換器
30 ローパスフィルタ30
31 パワーアンプ31
32 マイクアンプ32
33 ローパスフィルタ
34 AD変換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active noise control apparatus that actively cancels a noise wave by canceling the noise wave with the sound cancellation, and in particular, the transfer characteristics of the noise wave propagation system and the silencer propagation system change during the silencing operation. However, the present invention relates to an active noise control device that keeps a good silenced state following the change.
[0002]
[Prior art]
The active noise control device is a device that reduces noise by generating a sound wave that cancels noise waves generated from a noise source.
According to a general configuration of a conventional active noise control apparatus, the active noise control apparatus includes a reference microphone that detects a noise wave generated from a noise source, a secondary sound source that emits a muffler, and a noise wave after mute. And an error microphone for detecting (residual wave).
[0003]
The silencer is created by passing a noise wave or a signal highly correlated with the noise wave through a silencer filter. The noise wave after mute (residual wave) is monitored by an error microphone, and the content of the mute filter is adaptively controlled so that the mute state is kept good.
The configuration of a conventional general active noise control device is shown in FIG. 1 (Toshifumi Kosaka “Practical technology of adaptive filter (5) – Active noise reduction using frequency domain adaptive algorithm”), Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 48, 7 No., pp. 520-524 (1992)).
[0004]
In FIG. 1, 101 is a noise source.
[0005]
This controller observes the D and M signals, and the transfer function R from D to MMDThe transfer function T of the
As another conventional technique, an active noise control device for reducing noise in a passenger compartment of an automobile is also known (see JP-A-7-253790). The configuration of this active noise control device is shown in FIG.
[0006]
In FIG. 2, reference numeral 120 denotes a noise canceling system, which generates a noise canceling signal (dead sound) so that the power of an error signal (residual wave) is minimized. 123 is a noise canceling sound ScnThe canceling speaker (secondary sound source) that radiates the noise, 124 is arranged at the noise canceling point, and the noise SnAnd canceling sound ScnThe synthesized sound is detected, and the synthesized sound signal is converted into the error signal e.nIt is an error microphone that outputs as
[0007]
121 is a reference signal xnThe
[0008]
130Is a transfer function calculation processing unit for calculating simultaneous equations related to the transfer function of the canceling sound propagation system, and the reference signal xnAnd error signal enAnd the coefficient w of the
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention and Means for Solving the Problems
Generally, in the active noise control device, the characteristics of the secondary sound source are superimposed when the sound deadening is emitted from the secondary sound source. Therefore, in order to create a silenced sound that cancels out with the noise wave, the silencer filter must have the inverse characteristics of the secondary sound source. The reverse characteristic of the secondary sound source becomes easier to realize as the delay time is allowed by separating the distance from the detection microphone to the secondary sound source. Or, if the delay time is not allowed much, the accuracy of the reverse characteristic must be given up.
[0010]
In the conventional general active noise control apparatus (FIG. 1) described above, it is assumed that the input M = 0 of the
[0011]
Further, the transfer function T of the
[0012]
However, if the filter length is long enough, the cost will increase, and in order to move the impulse response in the negative range to the positive range, the distance between the detection microphone and the secondary sound source must be increased. This will increase the size of the acoustic system.
As described above, the measures for calculating the inverse characteristic based on the transfer function expressed in the frequency domain have not been specifically formulated in the past. For example, Toshiro Oga, Yoshio Yamazaki, Yutaka Kaneda, "Sound System and Digital Processing" published by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (1995), "Inverse calculation in the frequency domain causes errors if the filter length is not long enough. Careful consideration is necessary for the operation "(p. 156, lines 6-7).
[0013]
As described above, in the conventional general active noise control device (FIG. 1), the silencing filter T in the frequency domain.FIn order to promote this calculation, it is inevitable to increase the length of the muffler filter and increase the size of the acoustic system.
Further, unlike the active noise control device, the active noise control device (FIG. 2) for reducing the noise in the passenger compartment of the automobile described above performs all calculations in the time domain without converting to the frequency domain. For this reason, it is not necessary to lengthen the muffler filter length or to obtain a delay time. At the same time, however, it is difficult to solve the simultaneous equations and to calculate the canceling sound transfer function c, which requires calculation time in that it must be solved asymptotically by iterative calculation.
[0014]
In the present invention, a noise wave or a signal highly correlated with the noise is detected by a reference sensor, and the detected signal is passed through a silencing filter having a coefficient h to generate the silencing sound, and the silencing sound is emitted from the secondary sound source. Thus, in the active noise control device for reducing the residual wave at the position of the error microphone, it is possible to overcome these disadvantages in the conventional technology by revising the formulation of active noise control, It has the following objects and configurations.
[0015]
(1) From the transfer function expressed in the frequency domain, it is possible to calculate the optimum mute filter coefficient for the desired filter length without performing asymptotic iterations. Increase performance.
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is represented by G, and the transfer function of the propagation path of the silenced wave from the secondary sound source to the error microphone. Is represented by C, H represents the coefficient h of the mute filter as a transfer function, and R represents the measurement of the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal.
Different coefficients h for the silencer filter1, And coefficient h2And the coefficient h1And coefficient h2R corresponding to each case1And R2Means for measuring H, and H1And R1, H2And R2Means for calculating G and C by solving simultaneous equations and a coefficient h of a new silencing filter according to the least squares standard so that the silencing effect is the bestThreeTheGWhenCIt is comprised so that it may have a means to calculate using (Claim 1).
[0016]
Set different coefficients of the muffler filter during the mute operation, measure the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal, transfer function of noise wave propagation path and transfer function of mute wave propagation path Is calculated, the coefficient of the new silencing filter is calculated, and the silencing operation is repeated using the coefficient of the silencing filter. That is, the mute state is maintained as described in §7-2 to §7-4.
[0017]
Thereby, four arithmetic operations of the transfer function can be easily performed in the frequency domain. By solving simultaneous equations, the noise wave propagation system G and the silencer propagation system C can be calculated. The coefficient h of the silencing filter H is obtained from G and C by the least square criterion (the actual calculation is based on a general inverse matrix). The mute state can be maintained by repeating these frequently.
[0018]
(2) Perform noise reduction considering the spectrum distribution of noise waves.
In general, the spectrum distribution of a noise wave is not necessarily flat over the entire frequency range. If it thinks simply, although it is thought that the silencing effect will become high as a whole if the frequency which has a more powerful power is silenced, the spectrum distribution of such a noise wave is not considered in the conventional active noise control apparatus.
In order to achieve the above object, the invention according to
G and C and <| X |2> And means for calculating a new silence filter coefficient h using G and C according to the least-squares criterion so that the silencing effect is the best, and the least-squares criterion is <| X |2It is comprised so that it may have a means with a weight of> (Claim 2).
[0019]
According to the second aspect of the present invention, when calculating the silencing filter using G and C, <| X |2A mute operation is performed using a mute filter obtained by adding>. That is, <| X | described later in §5-2.2> Is included.
In the active noise control device according to the present invention, it is possible to mute in consideration of the deviation of the spectrum distribution of the noise wave, and thus a more appropriate muffling effect can be obtained.
[0020]
(3) Enable mute with frequency weighting.
Optimum mute does not necessarily have to be flat weighted over the entire frequency range. For example, noise is often evaluated with an A-weighted sound level meter. As in the case of the A characteristic, the noise reduction when the frequency weighting is taken into consideration is not taken into consideration in the active noise control device according to the prior art.
[0021]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is characterized in that the transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is G, and the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone. Is C, and frequency weighting when evaluating the silencing effect is W,
Means for calculating G and C, and means for calculating a new mute filter coefficient h using G and C according to the least squares standard so that the silencing effect is the best, with the least squares standard weighted by W Means are provided (claim 3).
[0022]
According to the third aspect of the present invention, when calculating the silencing filter using G and C, the silencing operation is performed using the silencing filter obtained by adding W. That is, W is counted as described later in §5-2.
In the active noise control device according to the present invention, it is possible to mute in consideration of such frequency weighting, so that a more appropriate muffling effect can be obtained.
[0023]
(4) It is possible to limit the frequency range to be silenced.
A speaker as a secondary sound source does not have a reproduction capability in the entire frequency range, and it is difficult to output a silencer particularly at frequencies of several tens of Hz or less.
Further, due to the presence of the low-
[0024]
In the active noise control device according to the present invention, a reasonable mute operation can be performed by taking into consideration the limitation of the frequency range.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is characterized in that the transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is G, and the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone. Is C and F is frequency weighting indicating the frequency range to be muffled,
There is a means for calculating G and C, and a means for calculating a new silence filter coefficient h using G and C in accordance with the least-squares standard so that the silencing effect is best while adding weighting F to G. (Claim 4).
According to the fourth aspect of the present invention, when calculating the silencing filter using G and C, the silencing operation is performed using the silencing filter obtained by adding F to G. That is, the band limitation F described later in §8 is included.
[0025]
(5) Make system fluctuations detectable.
In order to achieve the above object, the invention according to
R value R expected from the coefficient h of the mute filter and the stored G and C values. And R value R when the coefficient h is set in the silencing filter and the silencing operation is performed.1Means for measuring R, and R1And R0A means for comparing the deviation with a predetermined dark value, a means for calculating G and C, and a coefficient h of a new silence filter using G and CThreeAnd a means for calculating.
[0026]
In the invention of
[0027]
In the active noise control device according to the present invention, the measurement result of the noise wave propagation system and the silencer propagation system is stored in the active noise device, and the fluctuation of the system can be detected by comparing the silenced state. become. As a result, unnecessary remeasurement can be avoided, which can be used for power saving and the like.
[0028]
(6) When the noise wave propagation system fluctuates, the system can be remeasured while increasing the silencing effect.
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
Silencer filter coefficient h1Value of R when mute operation is performed in1Means for measuring and C stored1And H1And R1To calculate the transfer function G of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone, and G and C1To a new silence filter coefficient h2It is comprised so that it may have a means to calculate (Claim 6).
[0029]
In the invention of
In the active noise control apparatus according to the present invention, in an acoustic system in which it is known in advance that the noise wave propagation system is likely to fluctuate, there is no adverse effect when the system is remeasured.
[0030]
(7) When the sound deadening propagation system fluctuates, re-measure the system while increasing the sound deadening effect.
In order to achieve the above object, the invention according to
Silencer filter coefficient h1Value of R when mute operation is performed in1And means for measuring the stored G1And H1And R1To calculate a transfer function C of the propagation path of the sound deadening from the secondary sound source to the error microphone;1And a new silence filter coefficient h from C and C2It is comprised so that it may have a means to calculate (Claim 7).
[0031]
In the invention of
In an acoustic system in which it is known in advance that the silencer propagation system is likely to fluctuate, there is no adverse effect when the system is measured again.
[0032]
(8) Enables re-measurement of the system for easy post-processing.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is characterized in that the transfer function of the muffler propagation path from the secondary sound source to the error microphone is represented by C, and the coefficient h of the mute filter is represented by the transfer function as H, When R is the measurement of the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal,
Silencer filter coefficient h1Value of R when mute operation is performed in1Means for measuring and C stored1And coefficient h1And R1To the coefficient h2Is a means for calculating the coefficient h so that the silencing effect is improved.1By adding an impulse waveform to the coefficient h2It is comprised so that it may have a means to calculate (Claim 8).
[0033]
In the invention of claim 8, C1And coefficient h1And R1To the coefficient h1Coefficient h with impulse waveform added to2Is calculated and mute operation is performed. That is, based on §7-2 (ii) (3), the coefficient h2And coefficient h1The muffler filter is changed so that the difference between them becomes an impulse waveform.
In the active noise control device according to the present invention, the system can be re-measured so that the post-processing for calculating the system is easy while the silencing operation is performed.
[0034]
(9) The system can be calculated according to the degree of system fluctuation.
In order to achieve the above object, the invention according to
Different coefficients h for the silencer filter1And coefficient h2And the coefficient h1And coefficient h2R corresponding to each case1And R2And the coefficient h of the muffler filter1, G1, C1Expected R value and R1Deviation or coefficient h of the silence filter2, G1, C1Expected R value and R2Means for calculating ΔR, which is a deviation of H, and H1And R1, H2And R2Means for calculating G and C by solving simultaneous equations with respect to G, C, and previously stored G1, C1G should be used to calculate the coefficient of the muffler filter2, C2And a new silence filter coefficient h according to the least squares standard so that the silencing effect is best.ThreeG2And C2It is comprised so that it may have a means to calculate using (Claim 9).
[0035]
In the invention of
[0036]
When the system fluctuation is small, the accuracy is improved by taking into account the previously measured result. When the system fluctuation is large, the followability is improved by placing importance on the newly measured result. The active noise control apparatus according to the present invention having such a function can match the balance between the followability and the high accuracy to the situation of the system.
[0037]
(10) The system can be calculated in consideration of the calculation accuracy of the system.
In order to achieve the above object, the invention according to
Different coefficients h for the silencer filter1And coefficient h2And the coefficient h1And coefficient h2R corresponding to each case1And R2Means for measuring H, and H1And R1, H2And R2Means for calculating G and C by solving simultaneous equations with respect to G, C, and previously stored G1, C1G should be used to calculate the coefficient of the muffler filter2, C2And a new silence filter coefficient h according to the least squares standard so that the silencing effect is best.ThreeG2And C2It is comprised so that it may have a means to calculate using (Claim 10).
[0038]
In the invention of
[0039]
The previous calculation results are taken into account according to the accuracy of calculating a new system. The active noise control apparatus according to the present invention having such a function can prevent a drop in accuracy in a certain calculation due to variations in calculation accuracy.
[0040]
(11) It is possible to display the silencing effect quantitatively.
In order to achieve the object, the invention according to
The transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is G, the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone is C, the transfer function of the silence filter is H, and the noise wave in the error microphone The coherence function indicating the proportion of power derived from2And when
G, C and γ2Means for calculating H based on G and C, G, C and γ2And a means for calculating the muffled sound volume using H, and a means for displaying the calculated muffled sound volume to the user (claim 11).
[0041]
In the invention described in
Since the active noise control device according to the present invention displays the silencing effect using the measurement results of the system in the device, the user can give up the silencing in an unreasonable acoustic system, making a wasteful effort. No need.
[0042]
(12) Adjust the measurement accuracy of the system according to the degree of system fluctuation.
In order to achieve the above object, the invention according to
[0043]
In the invention of
[0044]
In other words, by controlling the number of times of averaging in accordance with the amount of muffled deviation based on the relationship between the accuracy of the number of averaged times described later in §2 and the time required for observation, the accuracy is improved when the number of muffled deviations is small. If there is a lot of noise reduction, the time required for observation will be shortened.
When the system fluctuation is small, it takes time to improve the accuracy, and when the system fluctuation is large, the accuracy is inferior but the measurement time is reduced. The active noise control apparatus according to the present invention having such a function can match the balance between high accuracy and followability to the system conditions.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<Formulation of active noise control>
As a premise for deriving the embodiment of the present invention, the formulation of active noise control according to the present invention will be described from §1 to §9.
[0046]
§1. System configuration
An active noise control system to which the present invention is applied is shown in FIG.
The residual wave also includes external noise n that is uncorrelated with noise. A signal detected by the error microphone 3 is represented by e.
[0047]
The noise wave propagation system when the noise wave is transmitted from the
Note that the noise wave propagation system G and the muffling propagation system C include characteristics of a microphone and a speaker. When a reference signal correlated with a noise wave is picked up by a sensor (for example, a vibration sensor) other than the microphone, a propagation system from the reference signal to the noise wave is also included in G.
[0048]
A signal x from the
The signal v output from the
[0049]
A signal e from the error microphone 3 is output as a signal d through a
Based on the transfer function R measured by the transfer function calculation unit 8, the
[0050]
Representations in the frequency domain of x, y, e, u, v, d, and n are X, Y, E, U, V, D, and N, respectively. For example, U is obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on u, and is a vector having a complex value at each frequency. As is well known, the number of powers of 2 sufficient to represent the system (for example, 512, 1024, 2048) is selected as the FFT score.
[0051]
In addition, you may perform the process which applies a window function to u prior to FFT. Since the FFT is used to express the signal in the frequency domain, the resolution of the frequency when U is expressed is “sampling frequency” / “number of FFT points”, and U has a value for the skipped frequency. Needless to say.
The transfer characteristics of the microphone amplifier 4, the low-
U = XLI (twenty one)
V = UH (22)
Y = VLO (twenty three)
E = XG + YC+ N (24)
D = ELI (twenty five)
Holds.
For simplicity, LI , LOCan be considered to be included in the noise wave propagation system G and the silencer propagation system C. In this case, u, v, and d may be referred to as noise wave, silencer, and residual wave, respectively.I= LO= 1. In the configuration and embodiments of the present invention, description will be given below based on such simplification.
[0052]
§2. Calculation method of transfer function
Here, a transfer function calculation method in the transfer function calculation unit 8 will be described. There are various known methods for calculating the transfer function, but for the purpose of the following description, the cross spectrum method will be described as an example. Erasing X, V, E, Y, E from equations (21)-(25)
D = U (G + HLILOC) + NLI (26)
It becomes. Complex conjugate of U on both sides*Multiply by U
*UD =*UU (G + HLILOC) +*UNLI (27)
It becomes. External noise N is*Uncorrelated with U, so*When the cross spectrum is obtained by averaging UD many times,*UNLIBecomes negligible compared to the first term on the right side. The process for obtaining this time average is represented by <>.
<*UNLI> = 0 (28)
Can be written.
[0053]
If the number of times for averaging (the number of times of averaging) is small, the accuracy deteriorates, but the observation time is shortened because only a small number of samples are required. Conversely, if the number of times of averaging is increased, more samples are required, so that the time required for observation becomes longer, but the accuracy is improved. For example, a value such as 20 or 100 is used as the averaging count.
Now, paying attention to the point that Equation (28) holds, taking the time average of both sides of Equation (27),
<*UD> = <*UU> (G + HLILOC) (29)
It becomes. The transfer function calculation unit 8 converts the transfer function R into
R = <*UD> / <*UU> (30)
Is calculated by
R = G + HLILOC (31)
It becomes. The transfer function calculator 8 is a coherence function γ.2Can also be calculated based on the following equation.
[0054]
γ2= <*UD>2/ (<*UU> <*DD>) (32)
This coherence function gives the ratio of the power of the signal correlated with U included in the signal D, and takes a value from 0 to 1. 1-γ2Is the ratio of power due to external noise N.
<| NLI|2> = (1-γ2) <| D |2> (33)
Γ2When = 0, the power of the signal D is all due to the external noise N, and γ2When = 1, it means that the power of the signal D is correlated with the signal U.
[0055]
§3. Silence goal
§3-1. Evaluation of noise reduction by power
Next, the mute target will be described.
E representing the signal e in the frequency domain is a vector having a complex value for each frequency.
Now, | E |2Indicates that the power for each frequency of E is to be obtained (noting that E is a complex number, | E |2=*EE)), <| E |2> Represents the time average, and Σ represents an operation for calculating the sum over all frequencies.
[0056]
The mute target is to minimize the square of the value for the signal e, that is, to use the least square criterion. Specifically, it will be described in §3-3.
[0057]
§3-2. Frequency weighting in the evaluation of noise reduction
When considering the quality of muffling, it is not always common to consider all frequencies with equal weighting. For example, a sound level meter is used to measure the degree of noise, and its A characteristic shows a weighting peak around 2500 Hz.
In addition, the C characteristic of the sound level meter is less weighted at 20 Hz or less or 12,500 Hz or more. Human auditory characteristics are also not flat frequency characteristics.
Therefore, the noise level is given a weight W for each frequency,
P = ΣW <| E |2> (34)
I will compare them. It is appropriate to select W according to the purpose of active silencing and the evaluation method. For example, if it is important to measure with the A characteristic of the sound level meter, W may be given the same weight as the A characteristic of the sound level meter.
[0058]
It should be noted that the expression expressing the weighting of the A characteristic of the sound level meter is, for example, as a function of the frequency f [Hz] according to the international standard IEC651, “Sound
W (f) = 12002fFour(F2+20.62)-1(F2+122002)-1(F2+107.72)-1/2(F2+737.92)-1/2
(For the sake of simplicity, the normalization with a gain of 0 [dB] at 1000 [Hz] is omitted).
[0059]
Needless to say, <| E | in formula (34)2> Has a value of a jumping frequency derived from FFT, so when obtaining the value of W (f), <| E |2The value corresponding to the frequency of> must be calculated.
Thus, W is a vector having a real value for each frequency. As a special case, if W = 1 over all frequencies, equation (34) means a mere sum of powers.
[0060]
Organizing equation (34) using equations (21)-(24), (28)
P = ΣW {<| X |2> | G + HLILOC |2+ <| N |2>> (35)
It becomes.
[0061]
§3-3. Silence goal
The goal of silencing is to reduce the value of equation (35). <| N |2If you focus on the point that> does not change,
Q = ΣW <| X |2> | G + HLILOC |2 (36)
Can be considered to be smaller.
Note that the silence target can be subdivided according to the presence or absence of this weighting term. This point shows various cases in the calculation procedure of the silencing filter in §5.
[0062]
§4. System measurement method
§4-1. Noise wave propagation systems G and LILOHow to find C
Next, the noise wave propagation systems G and L appearing in Equation (36)ILOHow to obtain C will be described.
Now, the characteristic of the
R1= G + H1LILOC (37)
R2= G + H2LILOC (38)
Therefore, solving this simultaneous equation,
G = (H2R1-H1R2) / (H2-H1(39)
LILOC = (R2-R1) / (H2-H1(40)
Can be obtained.
§4-2. <| X |2> How to find
<| X |2For>, if the nature of the noise source does not change over time, it is determined in advance by measuring <| X |2> May be given. Alternatively, in order to use the latest property, the transfer function calculator 8 calculates for the equation (30) <*UU> (ie, <| U |2>) May be used. LIThe low-
[0063]
Further, in terms of correcting that the attenuation of the low-
1 / | LI|2<| U |2<| X |2It is also reasonable to use it in place of>.
In this case, 1 / | L as the muffling target frequency is exceeded and the Nyquist frequency is approached.I|2Is approaching infinity, so at
[0064]
Then transfer function R1, R2<| U | when calculating in the order of2> Value to <| U1|2>, <| U2|2>, <| X |2> For later <| U2|2> Is also reasonable, and from the viewpoint of averaging time changes,1|2> And <| U2|2It is also reasonable to use the average of>.
§5. Calculation procedure of mute filter
§5-1. Σ | G + HC |2Mute filter to minimize
Next, the calculation procedure of the silencing filter will be described. The goal of silencing is to reduce Q in Equation (36), and a term W other than H on the right side, <| X |2>, G, LILOC is known.
[0065]
First, Σ | G + HC |2The calculation method of the mute filter that minimizes the noise will be described.
Now, let the impulse responses of the noise wave propagation systems G, H, and C be g, h, and c. Considering that the multiplication in the transfer function is a convolution operation (denoted by the symbol ◎) in the time domain, G + HC is expressed as g + h ◎ c in the time domain. Then, if the FFT score when converting g + hhc to G + HC is K, according to Percival's theorem,
Σ | G + HC |2/ K = Σ | g + h ◎ c |2 (41)
Holds.
[0066]
In the equation (41), Σ on the left side represents the sum in the frequency domain, and Σ on the right side represents the sum in the time domain. From equation (41), Σ | G + HC |2Instead of minimizing Σ | g + h ◎ c |2It can be seen that the silencing filter coefficient h that minimizes the noise may be obtained.
The muffler filter that minimizes Equation (41) can be obtained by calculating a general inverse matrix.
[0067]
Now, so that g + h + c included in the right side of equation (41) can be represented by a calculation formula AZ-B using a matrix, a matrix in which c is arranged is A, a one-dimensional matrix of −g is one-dimensional of B, and h Let the matrix be Z.
The mute filter is p order, and c = {c0, C1, C2, ...}, g = {g0, G1, G2, ...}, h = {h0, H1, ..., hp-1}
[0068]
[Expression 1]
[0069]
It is. Then, calculate the sum of the squares of each component of the matrix2The right side of equation (41) is ‖AZ-B‖2It is expressed as
Transpose the matrix ATIf we denote A, the general inverse of A is (TAA)-1 TA,
Z = (TAA)-1 TAB (42)
‖AZ-B‖2The nature of general inverse matrix that minimizes is known (for example, Noboru Ito, Akira Iwai, Nagayoshi Iwahori, Tatsuharu Kamibayashi, Satoshi Sekino, Shuichi Takahashi “Matrix for Economics and Engineering and its Application ”, Kinokuniya, pp. 71-72 (1987)).
[0070]
If the unknown number Z is obtained, this represents the coefficient sequence h to be set in the
In addition, if H expressed in the frequency domain is required for Expressions (39) and (40), it can be calculated by performing FFT on h.
Instead of calculating equation (42) directly for efficient calculation,
(TAA) Z =TAB (43)
Z can also be obtained by solving the following simultaneous equations. Let the autocorrelation function of c be riThen, on the left side (TThe element of i row j column of AA) is r when i ≧ j.ij, If i <jjiIt is. (TSince AA) is a symmetric Toeplitz matrix (the same symmetric matrix with the elements arranged in the diagonal direction from the upper left to the lower right), the Levinson algorithm can be used.
[0071]
Also, on the right sideTAB is a cross-correlation function between c and -g.
The autocorrelation function of c is*You may calculate efficiently with CC IFFT (*C is a conjugate complex number of C).
The cross-correlation function between c and g is*You may calculate efficiently by IFFT of CG. Needless to say, when IFFT is used, it is not necessary to obtain the impulse responses c and g once. §5-2 and §5-3, which will be described later, use this property.
[0072]
Note that when the impulse responses g and c are first obtained, the calculation of the silencing filter coefficient h by the equation (43) itself is, for example, Yoichi Suzuki, Taichi Asano, Toshio Sone, Propagation system simulation (Part 2), Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 45, No. 1, p. 44 (1989).
In addition, a known improved technique related to the calculation of the mute filter coefficient h, for example,TAdd diagonal element σI to AAThe(Σ is a constant, I is a unit matrix)TWhen the determinant of AA has a small value, the value of the coefficient h can be prevented from becoming abnormally large (Toshiro Ohga, Yoshio Yamazaki, Yutaka Kaneda, "Acoustic System and Digital Processing", IEICE, p. 155 (1995)) can be used in the present invention.
[0073]
§5-2. ΣW <| X |2> | G + HC |2Mute filter to minimize
Next, the weighting W <| X |2> Included
ΣW <| X |2> | G + HC |2
A method for calculating a muffler filter that minimizes noise will be described.
W <| X |2> = M2 (M is a non-negative real number). Then
W <| X |2> | G + HC |2 = | (MG) + H (MC) |2
And
*(MC) (MC) =*CCM2 ,
*(MC) (MG) =*CGM2
Holds. Therefore, W <| X |2> To include the weight before IFFT described at the end of §5-1.*With CC*Multiply CG by this weight,*CCW <| X |2> And*CGW <| X |2>
[0074]
Needless to say, W or <| X |2If only one of the weights> is included,*With CCW*CGW,*CC <| X |2> And*CG <| X |2> May be IFFT.
§5-3. ΣW <| X |2> | G + HLILOC |2Mute filter to minimize
And ΣW <| X | on the right side of Expression (36)2> | G + HLILOC |2In order to calculate the silencing filter coefficient h that minimizesILOC may be given. The procedure for obtaining the silence filter coefficient h in this way is hereinafter referred to as “silence filter calculation procedure”.
[0075]
§6. Start-up procedure of active noise control device
Next, using Equation (39) and Equation (40), the noise wave propagation system G and LILOThe startup process of the active noise control apparatus when C is obtained will be described.
In the initial state, when there is no prior knowledge about the noise wave propagation system G and the silencer propagation system C, H1And
[0076]
For this reason, for example, it is determined that an extinguishing sound having an allowable size is generated, and an impulse waveform having such a size a is expressed as a coefficient h.2It is good to assign to. For example, 1 (the output of the mute filter is output as it is) or 0.1 (a signal that is 0.1 times the input of the mute filter is output from the mute filter) is assigned as the magnitude a. H2Is the coefficient h2It is obtained by applying FFT to. H1And H2Can be other values, but H1= 0, H2In the case of = a, the division calculation shown in the equations (39) and (40) can be simply performed. The noise wave propagation systems G and L are expressed by Equation (39) and Equation (40).ILOAfter C is obtained, the silencing filter coefficient h is obtained by the above-described silencing filter calculation procedure, and if this is set in the silencing
[0077]
§7.Maintaining silence
§7-1. System deviation detection
Next, when the noise wave propagation system G and the silencer propagation system C change during the silencing operation, a procedure for maintaining the silencing following the change will be described. For that purpose, R is always observed and LILOAssume that the values of C, G, h, and H are constantly updated.
The initial value is LILOC1, G1, H1, H1(The subscript starts from 1 for convenience, but this H1Is used for startup processing1= 0) Even when there is no system shift, the update may always be performed. Here, from the viewpoint of eliminating unnecessary updating, a case where a system shift is detected and updating is performed only when the shift is large is shown. The procedure is shown below.
(I) The mute filter is H as the initial state.1(The coefficient is h1), R1Ask for.
[0078]
If there is no deviation in the system, R1Is G1+ H1LILOC1Should be equal to . If the deviation is larger than a predetermined threshold value, the process proceeds to §7-2 (ii). A system shift is also a mute shift. For example, Σ | R1-(G1+ H1LILOC1) |2Judgment is based on the value of.
§7-2. Changes in the silencer filter to deal with system shifts
(Ii) The coefficient of the silence filter is h2Change to R2Ask for.
[0079]
R1-(G1+ H1LILOC1) Indicates a difference in mute. Which of the noise wave propagation system G and the silencer propagation system C is deviated depends on R1It cannot be decided only from. Which is likely to shift depends on the configuration of the acoustic system. Therefore, it is determined which is likely to fluctuate, the one that is less likely to fluctuate is left as it is, and the one that is likely to fluctuate is determined as R.1Temporarily ask for.
[0080]
Factor h that will be more useful for noise reduction2The following three values (1) to (3) are shown as values of.
(1) If you think that the noise wave propagation system G tends to shift,
G = R1-H1LILOC1 (44)
And Silencer filter coefficient h2The noise wave propagation systems G and C1Is calculated according to the silencing filter calculation procedure. H2Is h by FFT2I will ask for it.
(2) If it is considered that the silencer propagation system C tends to shift,
LILOC = (R1-G1) / H1 (45)
And Silencer filter coefficient h2Is this LILOC and noise wave propagation system G1Is calculated according to the silencing filter calculation procedure. H2Is h by FFT2I will ask for it.
(3) On the other hand, H2-H1If there is a frequency where = 0, the previously identified value must be referred to as it is at that frequency. From this point of view, H2-H1Since it is desirable that there is no frequency at which = 0, the impulse waveform (having power over the entire frequency range) is considered in consideration of the fact that it can be easily calculated.1In addition to h2A case of realizing the above will also be described. The impulse waveform is added by R1And LILOC1Cross-correlation function (W <| X |2Is the point at which the absolute value of>
And As a result, h2Can be obtained by applying FFT to it.2Ask for.
[0081]
In accordance with the explanation in §5-3, the formula (46) Appears in the molecule "R"1And LILOC1 Cross-correlation function (W <| X |2> With weight)"Is*(LILOC1) RW <| X |2 > Is obtained by IFFT, and “L” appears in the denominator of Equation (46).ILOC1Autocorrelation function (W <| X |2> With weight)*(LILOC1) (LILOC1) W <| X |2> Is obtained by IFFT.
[0082]
In addition, the denominator “L” in equation (46)ILOC1Autocorrelation function (W <| X |2The value at
[0083]
§7-3. System re-identification
(Iii) G1And C1G2And C2Update to
First, (ii) H2R against2Ask for. And R1= G + H0LILOC and R2= G + H1LILOFrom C, the current G and C are calculated using equations (39) and (40).
Next, ΔH = | H at each frequency2-H1|2G and C depending on the size of G1And C1, G2And C2Update to As the updating method, the following two methods (1) and (2) are shown.
[0084]
(1) Qualitatively, if ΔH is large, the newly obtained G and C can be trusted. If ΔH = 0, no update is performed. In order to distinguish the difference of ΔH, a predetermined constant is α, and if ΔH ≧ α, all updates are performed. If 0 <ΔH <α, it is updated at a rate proportional to ΔH. That is, using the function min (,) that selects the smaller of the arguments, the value r = min (ΔH / α, 1) is calculated,
G2= (1-r) G1+ RG (47)
LILOC2= (1-r) LILOC1+ RLILOC (48)
Update with.
[0085]
In the range of 0 ≦ ΔH ≦ α,
Thus, division can be avoided.
[0086]
In the range of ΔH ≧ α,
G2=*(H2-H1(H2R1-H1R2/ H2-H1|2(51)
LILOC2=*(H2-H1) (R2-R1/ H2-H1|2(52)
It becomes. Therefore, in actual calculation, G and C are not calculated as intermediate results.*(H2-H1(H2R1-H1R2)When*(H2-H1) (R2-R1) Is appropriate.
[0087]
▲ 2 ▼ H2-H1Divide by, but there are other ways to do it. This corresponds to the magnitude of the deviation in §7-1 (i)
ΔR = | R1-(G1+ H1LILOC1) |2Or
ΔR = | R2-(G1+ H2LILOC1) |2When,
ΔH = | H2-H1|2
G and C are updated in consideration of the size of. Qualitatively, if ΔR is large, the old C1And G1Is not reliable. G and C with large ΔH are reliable.
[0088]
Accordingly, α and β are predetermined constants for distinguishing the difference between ΔR and ΔH, and r = min ((αΔR + βΔH), 1) is obtained as a parameter considering both ΔR and ΔH.
G2= (1-r) G1+ RG (53)
LILOC2= (1-r) LILOC1+ RLILOC (54)
Update with.
§7-4. Recalculate mute filter
(Iv) G2And C2The coefficient h of the silencing filter is calculated by the silencing filter calculation procedure fromThreeAsk for. By FFT, hThreeTo HThreeAsk for. The coefficient h of this silence filterThreeUse to continue muting. That is, LILOC2, G2, HThree, HThreeEach LILOC1, G1, H1, H1And return to (i).
§8. Band limitation of mute target frequency
Next, frequency band restrictions will be described. For silencer filter, LILOThere is a characteristic that corrects the reverse. LILOIs supposed to have a characteristic that drops in a frequency band that does not need to be muted.ILOIt would be an unreasonable effort to correct the reverse.
[0089]
The frequency band of the speaker of the
Now, let F be a transfer function that represents the frequency range to be silenced. The amplitude of F is set to 1 in the range where it is desired to mute, and the phase is set to 0. For example, if it is desired to mute a range of 50 to 2000 Hz, referring to the amplitude characteristics of a fourth-order BPF (bandpass filter), the amplitude of F is expressed as a function of the frequency f [Hz].
And
[0090]
In order to include this in the silence filter, H may be obtained using GF instead of G in the calculation of the silence filter calculation procedure. Since G has a value of a jumping frequency derived from FFT, when the value of F is obtained by equation (55), a value corresponding to the frequency of G must be calculated.
§9, calculation procedure of mute effect
Finally, the procedure for calculating the silencing effect will be described. The magnitude of the noise is represented by P in the equation (34), but P when no sound is extinguished.OFFAnd P when the sound is turned offONIn this ratio, the mute effect is shown to the user.
[0091]
Furthermore, in consideration of the general point of dB (digibel) display in the acoustic field, the silencing effect PON / OFFIs
PON / OFF= 10logTen(PON/ POFF(56)
It becomes. Paying attention to the fact that H = 0 should be set when not using the silencer, and expanding equation (56) using equation (35),
It can be calculated by
[0092]
As described earlier in §4-2, <| U |2> As it is <| X |2When used in place of>, (1-γ on the right side of Equation (33)2) <| D |2> As it is <| N |2It is reasonable to use it instead of>.
Further, in order to correct gradually increasing attenuation of the low-
[0093]
If the distribution of the noise power spectrum is known to be flat, <| X |2> Is a value that does not depend on the frequency, so in formula (56), <| X |2The processing of multiplying> may be omitted.
If the frequency weighting W is flat, that is, always 1 regardless of the frequency, the formula (57It goes without saying that the process of multiplying by W can be omitted.
[0094]
<Implementation of the invention>
FIG. 4 shows the configuration of an apparatus for performing active noise control according to the present invention.
A signal from the
[0095]
The signal y output from the
The signal from the
[0096]
The sampling
In the
[0097]
The
In FIG. 4, for simplicity of explanation, L caused by a low-pass filter or the like is used.IAnd LOIs considered to be included in the noise wave propagation system G and the silencer propagation system C. Hereinafter, the signal x that has passed through the
[0098]
As described above in §1 of the active noise control formulation, the formula shown in the formulation is LI= LOIf it is set to = 1, it will return to the Example of FIG.
In addition, when there is a propagation (feedback) of the silenced sound from the secondary sound source to the reference microphone (see FIG. 5 (a)), if the transfer function of this propagation system is set to B, as shown in FIG. 5 (b). By setting the characteristic of the silencer propagation system to C-GB, it can be reduced when there is no feedback. That is, the present invention can be applied regardless of the presence or absence of feedback.
[0099]
FIG. 6 schematically shows the function sharing between the main routine and the interrupt routine performed in the
In the main routine 71, transfer function calculation and silencing filter coefficient calculation are performed. In the interrupt routine 72, the noise wave and residual wave from the
[0100]
In order to exchange data between the main routine 71 and the interrupt routine 72, there are a data transfer area A3, an area A5, and an area A7. Specifically, the main routine 71 writes a new mute filter coefficient in the area A3. When new data is prepared in the area A3, the interrupt routine 72 is collectively transferred to the area A4 reserved exclusively for the interrupt routine 72.
[0101]
Since the area A4 is used for the calculation of the sound extinction in the interrupt routine 72, there is no problem in the calculation of the sound extinction even while the main routine 71 is sequentially writing data in the area A3.
Noise wave and residual wave data are written from the interrupt routine 72 to areas A5 and A7. The noise wave and residual wave data are used in the calculation of the transfer function by the cross spectrum method. When the necessary number of data is collected in the areas A5 and A7, the main routine 71 transfers the data to the areas A6 and A8. . Thereafter, the main routine 71 advances the calculation of the transfer function using the area A6 and the area A8.
[0102]
Since the calculation of the transfer function in the main routine 71 proceeds using the areas A6 and A8, even if the interrupt routine 72 writes to the areas A5 and A7 in parallel, there is no problem in calculating the transfer function.
FIG. 7 is a flowchart of interrupt processing of the
S10 and S11 are processes for moving the coefficient of the new silence filter to the area A4 when the coefficient is prepared in the area A3 by the main routine.
[0103]
S12 is the noise wave xnAnd residual wave enAre read from the
S14 is the sound deadening ynIs a process of calculating It is assumed that there are p coefficients of the mute filter.
[0104]
S15 is mute ynIs written to the
8 and 9 show the start-up process in the main routine of the
In S20 of FIG. 8, all work areas are initialized.
S21 is h as a coefficient of the silence filter1Is a process for setting.
[0105]
The interrupt is permitted in S22, and thereafter, the interrupt process of FIG. 7 is started every sampling cycle.
S23 is a process for calculating a transfer function or the like by the cross spectrum method.
S24 and S25 are mute filter coefficients h2Instead of this, a transfer function or the like is calculated. During the period until the actual silencing operation is started, 0 is set as the coefficient of the silencing filter in S26 so as not to emit the silencing sound.
[0106]
Transfer function G of noise wave propagation system in S271And transfer function C of the acoustic wave propagation system1And the coefficient h of the muffler filter is calculated in S28.ThreeIs calculated.
The silence volume is calculated in S29 and S30 in FIG. 9, and displayed to the user in S31. At this time, | X2|2, G1, C1, HThree, HThree, Γ2 2, G1(G1Obtained if IFFT is applied)1(C1Any or all of (obtained when IFFT is applied) may be displayed.
[0107]
In S32, the user inputs whether to mute or give up. If the mute operation is performed, the process proceeds from S33 to S34, and thereafter, the process proceeds to the mute maintenance of FIG.
It should be noted that, instead of asking the user whether or not a silencing operation is possible in S32, if a silencing effect better than a predetermined threshold can be obtained, the process can automatically proceed to S34.
[0108]
FIG. 10 shows a subroutine for calculating a transfer function by the cross spectrum method called from S23 and S25 in FIG. 8 and S57 and S64 in FIG.
In S40, a work area for obtaining the sum for averaging is initialized.
In S41, areas A5 and A7 for receiving data from the interrupt routine are initialized. In S42, the process waits until the necessary number of data is collected for FFT, and in S43, the data is moved to work areas A6 and A8 dedicated to the main routine.
[0109]
A Hanning window is applied in S44, and a spectrum is calculated by FFT in S45.
S46 is a process for obtaining the sum of the power spectrum and the cross spectrum. In S47 and S48, the averaging count k is calculated.0Iterates only and averages k times0If so, the average is calculated by division in S49.
Thereafter, in S50, the transfer function R and the coherence function γ2Is calculated.
[0110]
Average number of times k0Is k in S20 of FIG.1Set toS69 in FIG. 13 and S60c in FIG.Each in k2And k1Changed to k2<K1If the magnitude relationship is0Is k1In the case of, the measurement time is long but the accuracy is improved, and the number of averaging times0Is k2In this case, the accuracy becomes worse, but the measurement time is shorter.
[0111]
FIG. 11 shows a subroutine for calculating the silencing filter called from S28 of FIG. 8, S66 of FIG. 13, S72 of FIG. 14A, and S74 of FIG. 14B.
In S51, the autocorrelation function r (r = {r0,r1,r2,... rk-1}), A cross-correlation function d (d = {d0,d1,d2,... dk-1})). At this time, the weighting coefficient W is also included.
[0112]
After S52, the calculation of the coefficient h of the silence filter by the Levinson algorithm is shown (the number of stages of the silence filter is p).
The Levinson algorithm is described in, for example, Takaaki Tanibe, “Theory of Digital Signal Processing, 1 Basics, System, and Control”, Corona, p. 44 (1985), and so will not be described here.
[0113]
12 and 13 show processing for maintaining the mute in the main routine of the
S55 is the coefficient h of the silence filter1Is set in area A3, and this coefficient h1This is a process for starting the silencing operation by. For later processing, the coefficient h in S561H in the frequency domain1Has been converted.
[0114]
Transfer function G of noise wave propagation system1And transfer function C of the acoustic wave propagation system1And H1The transfer function is G1+ H1C1However, this and the transfer function R obtained in S571Q is obtained in S58, and comparison with the threshold value δ is performed in S59. If the deviation q is equal to or less than the threshold value δ, and the average number of times k of the cross spectrum method is determined in S60c.0Is k1If so, since the mute state is maintained well, the state is maintained as it is, and the process proceeds to S60b aimed at saving current consumption.
[0115]
In S60b, the
The process through S60b is a fixed time that can be expected to remain small in the muffled state, and is 10 seconds, for example, depending on the configuration of the acoustic system.
Averaging count k in S60c0Is k1Not (ie, k2In step S60c, the averaging count k0K1Increase to (k2<K1), The measurement accuracy by the cross spectrum method is increased, and then the measurement by S57 is performed again.
[0116]
If the shift q is larger than the threshold δ in S59, the transfer function G of the noise wave propagation system1And transfer function C of the acoustic wave propagation system1Since the update is necessary, the process proceeds to S61.
The coefficient h determined in S611The coefficient h of the silence filter different from2Is set in S62, and a transfer function corresponding to this is obtained in S64.
G at S651And C1The coefficient h of the mute filter to be used next time in S66ThreeIs calculated.
[0117]
In S67, h so that the processing from S55 to S66 can be repeated.Three, G2, C2 H1, G1, C1Is assigned to.
Through S68 (and S69) and returning to S55, the process of maintaining the mute state is repeated.
In S68 and S69, if the deviation q is larger than the threshold value δ, the averaging count k in S69.0K2Reduced to (k2<K1) By that, crossesBaeThe measurement time when performing S57 and S64 by the Kuttle method again is shortened. This is for shortening the repetition time for maintaining the mute state and improving the followability to the fluctuation of the system.
[0118]
FIG. 14 shows the coefficient h of the noise reduction filter performed in S61 of FIG.2The three determination processes are shown. Which of the transfer function G of the noise wave propagation system and the transfer function C of the silencer propagation system is liable to shift may be determined from any of these depending on the point depending on the configuration of the acoustic system.
FIG. 14 (a) shows the transfer function G of the noise wave propagation system.1Is assumed to have shifted to G, the coefficient h in S722Is shown (§7-2 (ii) (1)).
[0119]
FIG. 14B shows the transfer function C of the silencer propagation system.1Is assumed to have shifted to C, the coefficient h in S742Is shown (§7-2 (ii) (2)).
FIG. 14 (c) shows the transfer function G of the noise wave propagation system.1Is assumed, but the coefficient h1Appropriate coefficient h under the condition that only one impulse waveform is added to2(§7-2 (ii) (3)) is obtained.
[0120]
FIG. 15 is called G from S65 of FIG.2And C2The first calculation process (§7-3 (iii) (1)) is shown. S81 is G1And C1Is a loop for performing processing for each complex number that constitutes. In S81
H1= {H1 (0), H1 (1), ..., H1 (k-1)}
H2= {H2 (0), H2 (1), ..., H2 (k-1)}
R1= {R1 (0), R1 (1), ..., R1 (k-1)}
R2= {R2 (0), R2 (1), ..., R2 (k-1)}
G1= {G1 (0), G1 (1), ..., G1 (k-1)}
C1= {C1 (0), C1 (1), ..., C1 (k-1)}
G2= {G2 (0), G2 (1), ..., G2 (k-1)}
C2= {C2 (0), C2 (1), ..., C2 (k-1)}
It shall be expressed as In S85, Formula (51) and Formula (52) are implemented, and in S86, Formula (47) and Formula (48) are implemented.
[0121]
If (c) is adopted in FIG. 14, ΔH becomes a value unrelated to the subscript i, so S82 can be output before the loop of S81.
16 is called G from S65 in FIG.2And C2The second calculation process (§7-3 (iii) (2)). H in S942-H1When the denominator becomes 0 in the division of, the calculation is difficult. Therefore, the processing of FIG. 14 (c) is performed in S61 of FIG. 12, and it is preferable to proceed to S61 only when there is a deviation in S59 of FIG.
[0122]
In S91,
ΔR = | R1-(G1+ H1C1) |2
Instead of
ΔR = | R2-(G1+ H2C1) |2
May be calculated.
[0123]
<Correspondence with Claimed Invention>
Finally, the correspondence between the configuration of the claimed invention and the flowchart is shown.
(1) The invention described in
Different coefficients h for the silencer filter1And coefficient h2The means for setting is implemented in S55, S61, and S62 of FIG.
Coefficient h1And coefficient h2R corresponding to each case1And R2The means for measuring is implemented in S57 and S64 of FIG.
[0124]
H1And R1, H2And R2The means for calculating G and C by solving the simultaneous equations is implemented in S65 of FIG.
New silence filter coefficient h in accordance with the least squares standard so that the silencing effect is best.ThreeTheGWhenCThe means for calculating using is implemented in S66 of FIG.
[0125]
Set different coefficients of the mute filter during the mute operation, measure the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal, transfer function of the noise wave propagation path and transfer function of the mute wave propagation path Is repeated in a loop from S55 in FIG. 12 to S67 in FIG. 13. .
[0126]
(2) Invention of
G and C and <| X |2The means for calculating> is implemented in S55 to S57 and S61 to S65 in FIG.
A means for calculating a new silence filter coefficient h using G and C in accordance with the least-squares standard so that the silencing effect is the best.2Means having a weight of> are implemented in FIG. Especially <| X |2The weighting of> is performed by multiplication in S51.
[0127]
The silencing operation using the calculated new silencing filter coefficient h is performed by setting the silencing filter coefficient in S55 after S66 and S67 in FIGS.
[0128]
(3) Invention of Claim 3
The means for calculating G and C is implemented in S55 to S57 and S61 to S65 in FIG.
The means for calculating the coefficient h of a new silence filter using G and C according to the least squares standard so that the silencing effect is the best is shown in FIG. In particular, weighting of W is performed by multiplication in S51.
The silencing operation using the calculated new silencing filter coefficient h is performed by setting the silencing filter coefficient in S55 after S66 and S67 in FIGS.
(4) Invention of Claim 4
The means for calculating G and C is implemented in S55 to S57 and S61 to S65 in FIG.
[0129]
The means for calculating the coefficient h of the new silence filter using G and C according to the least square criterion so that the silencing effect is the best while adding the weight of F to G is implemented in FIG. The weighting is performed by multiplication in S51.
The silencing operation using the calculated new silencing filter coefficient h is performed by setting the silencing filter coefficient in S55 after S66 and S67 in FIGS.
[0130]
(5) Invention of
The value of R expected from the value of G and C stored with the coefficient h of the muffler filter (R0Is calculated at S58 in FIG.1+ H1This is done by calculating C.
The value of R when the coefficient h is set in the silence filter and the silence operation is performed (R1Is measured in S57 of FIG.
R1And R0The means for comparing the deviation with a predetermined threshold is implemented in S59 of FIG.
The means for calculating G and C is implemented in S55 to S57 and S61 to S65 in FIG.
[0131]
Coefficient h of new silence filter using G and CThreeThe means for calculating is implemented in S66 of FIG.
R1And R0G and C are recalculated only when the deviation is larger than a predetermined threshold, and the coefficient h of the silence filter is calculated using the recalculated G and C.ThreeAnd the coefficient h of this new silence filterThreeThe silencing operation using is performed on the route from S61 to S67 to S55 after branching to NO in S59.
[0132]
(6) Invention of
Silencer filter coefficient h1R value (R1Is measured in S57 of FIG.
Remember C1And H1And R1The means for calculating the transfer function G of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is implemented in S71 of FIG. 14 (a).
[0133]
G and C1To a new silence filter coefficient h2The means for calculating is implemented in S72 of FIG.
New coefficient m of the calculated silence filter2Performing the mute operation using is performed in S62 of FIG.
[0134]
(7) Invention of
Silencer filter coefficient h1R value (R1Is measured in S57 of FIG.
Remembered G1And H1And R1From the secondary sound source, the means for calculating the transfer function C of the propagation path of the silencer from the error microphone to the error microphone is implemented in S73 of FIG. 14 (b).
G1And a new silence filter coefficient h from C and C2The means for calculating is implemented in S74 of FIG. 14 (b).
[0135]
New coefficient m of the calculated silence filter2Performing the mute operation using is performed in S62 of FIG.
[0136]
(8) Invention of Claim 8
Silencer filter coefficient h1R value (R1Is measured in S57 of FIG.
Remember C1And h1And R1To h2So that the silencing effect is improved.1By adding an impulse waveform to h2The means for calculating is implemented in S75 to S78 in FIG.
New coefficient m of the calculated silence filter2Performing the mute operation using is performed in S62 of FIG.
[0137]
(9) Invention of
Different coefficients h for the silencer filter1And coefficient h2The means for setting is implemented in S55, S61, and S62 of FIG.
Coefficient h1And coefficient h2R corresponding to each case1And R2The means for measuring is implemented in S57 and S64 of FIG.
[0138]
Silencer filter coefficient h1, G1, C1Expected R value and R1ΔR, which is the deviation of the noise, or the coefficient h of the silence filter2, G1, C1Expected R value and R2The means for calculating ΔR, which is a deviation of the above, is implemented in S91 of FIG.
H1And R1, H2And R2The means for calculating G and C by solving the simultaneous equations is implemented in S94 of FIG.
[0139]
Calculated G, C and previously stored G1, C1G should be used to calculate the coefficient of the muffler filter2, C2The means for calculating is implemented in S95 of FIG.
New silence filter coefficient h in accordance with the least squares standard so that the silencing effect is best.ThreeG2And C2The means for calculating using is implemented in S66 of FIG.
[0140]
When ΔR is smaller than a preset value, the calculated G and C and the previously stored G1, C1Is divided internally in relation to a large ΔR, so that G2, C2The feature of calculating is implemented in S93 and S95 in FIG.
G2, C2New silence filter coefficient h calculated usingThreePerforming the mute operation using is performed in S66 of FIG.
[0141]
(10) The invention of
Different coefficients h for the silencer filter1And coefficient h2The means for setting is implemented in S55, S61, and S62 of FIG.
Coefficient h1And coefficient h2R corresponding to each case1And R2The means for measuring is implemented in S57 and S64 of FIG.
[0142]
H1And R1, H2And R2G and C are calculated by solving simultaneous equations forhandThe stage is implemented by S65 in FIG. 12, that is, a combination of S83 and S85 or a combination of S83 and S86 in FIG.
Calculated G, C and previously stored G1, C1G should be used to calculate the coefficient of the muffler filter2, C2Is calculated in S65 of FIG. 12, that is, in FIG..
New silence filter coefficient h in accordance with the least squares standard so that the silencing effect is best.ThreeG2And C2The means for calculating using is implemented in S66 of FIG.
[0143]
ΔH = | H2-H1|2Is smaller than the preset value, the calculated G and C and the previously stored G1, C1Is internally divided by the magnitude of ΔH, G2, C2The feature of calculating is implemented in S86 after the determination in S84 of FIG.
ΔH = | H2-H1|2Is larger than a preset value, the calculated G and C are changed to G2, C2The feature of using for is implemented in S85 after the determination in S84 of FIG.
[0144]
G2, C2New silence filter coefficient h calculated usingThreePerforming the mute operation using is performed in S66 of FIG.
The silencing operation using the calculated new silencing filter coefficient h is performed by setting the silencing filter coefficient in S55 after S66 and S67 in FIGS.
[0145]
(11) The invention of
G, C and γ2The means for calculating is implemented in S21 to S25 and S27 in FIG.
The means for calculating H based on G and C is implemented by S28 in FIG. 8 and S29 in FIG.
[0146]
G, C and γ2The means for calculating the muffled sound volume using H and H is implemented in S30 of FIG.
The means for displaying the calculated volume reduction to the user is implemented in S31 of FIG.
[0147]
(12) The invention of
Means for obtaining the transfer function R from the signal of the reference sensor to the signal to the error microphone by the cross spectrum method, in which the number of times of averaging in the cross spectrum method is variable, is implemented from S40 to S50 in FIG. ing.
The means for calculating the degree of mute shift is implemented in S58 of FIG.
The means for calculating the coefficient h of the muffler filter based on the measured R is implemented in S66 of FIG.
When the deviation of muffling is small, measuring R by performing the cross spectrum method with a larger number of averaging times means that the number of averaging times is k in S60c through S59 in FIG.1This is implemented by performing S57 and S64.
[0148]
When there is a large amount of noise reduction, measuring the R by performing the cross spectrum method with a smaller number of averages proceeds from S68 to S69 in FIG.2This is implemented by performing S57 and S64.
Based on the measured R, the coefficient h of the silencing filter is calculated, and the silencing operation using the calculated coefficient h is performed by performing S55 after S66 of FIG. 13 and S55. Yes.
[0149]
【The invention's effect】
(1) According to the invention described in
Since the optimum coefficient of the muffler filter can be calculated at a desired filter length, it is a simple calculation factor as in the conventional active noise control device.TogetherThus, there is no need to increase the filter length or increase the size of the acoustic system.
[0150]
Since the calculation of the coefficient of the muffler filter can be performed in a short time, it is short to recalculate the coefficient of the muffler filter by recalculating the transfer function of the noise propagation system and the cancellation sound propagation system during the mute operation. Can be repeated in time. In the conventional active noise control apparatus, the acoustic system is limited to a fixed one such as a duct. However, the active noise control apparatus according to the present invention can follow the fluctuation of the acoustic system in a short time and can maintain the silence. For this reason, it is possible to realize a new usage form in which, for example, an error microphone is arranged on the head of a person and the sound is silenced following the movement of the person.
[0151]
(2) According to the invention described in
(3) According to the invention described in claim 3, it is possible to mute the frequency weighted. Therefore, the entire frequency rangeOverIf it is not always flat weighting, for example, noiseButIn the case of evaluation with an A-weighted sound level meter, it is possible to perform more appropriate noise reduction according to the weighting of the frequency.
[0152]
(4) According to the invention described in claim 4, it is possible to limit the frequency range to be silenced. Due to the structure of the device, it is not necessary to silence the sound at a frequency where the sound can not be emitted. In other words, since the sound is controlled to be silenced only at the frequency where the sound can be silenced, there is no excessive or wasteful occurrence.
(5) According to the invention described in
[0153]
(6) According to the invention described in
(7) According to the invention described in
[0154]
(8) According to the invention described in claim 8, the system can be re-measured with easy post-processing. h2-H1Is an impulse waveform, and the frequency component covers the entire frequency band, so there is no frequency that cannot be measured. H2-H1Is an impulse waveform, h2-H1It is also possible to perform the operation divided by on the time axis. That is, since there are many options for solving the simultaneous equations, it is easy to select a convenient process when realizing the apparatus.
[0155]
(9) According to the invention described in
(10) According to the invention described in
In addition, when calculating G and C, H2-H1H is almost zero, H2-H1Since the calculation divided by can be avoided, the calculation is not hindered.
[0156]
(11) According to the invention described in
[0157]
(12) According to the invention of the twelfth aspect, the measurement accuracy of the system is adjusted according to the degree of fluctuation of the system. That is, when the system fluctuation is small, the measurement takes time to increase the accuracy, and when the system fluctuation is large, the accuracy is inferior but the measurement time is lost. That is, the balance between high accuracy and followability can be matched to the system situation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional general active noise control apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional active noise control device for reducing noise in a passenger compartment of an automobile.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an active noise control system for explaining the formulation of active noise control according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an active noise control apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining that when there is a feedback of silence from the secondary sound source to the reference microphone, the system can be reduced to a system without feedback.
FIG. 6 is a diagram schematically showing the function sharing of a main routine and an interrupt routine performed in the
FIG. 7 is a flowchart for explaining interrupt processing of the
FIG. 8 is a flowchart for explaining start-up processing of the present invention in the main routine of the
FIG. 9 is a flowchart (continuation of FIG. 8) for explaining start-up processing of the present invention in the main routine of the
10 is a flowchart showing a subroutine of the present invention for calculating a transfer function by the cross spectrum method, which is called from S23 and S25 in FIG. 8 and S57 and S64 in FIG.
11 is a flowchart showing a subroutine for calculating a silencing filter called from S28 of FIG. 8, S66 of FIG. 13, S72 of FIG. 14A, and S74 of FIG. 14B.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the processing of the present invention for maintaining the mute in the main routine of the
FIG. 13 is a flowchart (continuation of FIG. 12) for explaining the processing of the present invention for maintaining the mute in the main routine of the
14 is a coefficient h of a noise reduction filter performed in S61 of FIG.2It is a flowchart explaining the determination process of this invention.
FIG. 15 is called G from S65 of FIG.2And
FIG. 16 is called G from S65 of FIG.2And
[Explanation of symbols]
1 Reference microphone
2 Secondary sound source
3 Error microphone
4 Microphone amplifier
5 Low-pass filter
6 AD converter
7 Mute filter
8 Transfer function calculator
9 DA converter
10 Low-pass filter
11 Power amplifier
12 Microphone amplifier
13 Low-pass filter
14 AD converter
15 Adaptive control unit
20 Noise sources
21 Reference microphone
22 Speaker
23 Error microphone
24 Microphone amplifier
25 Low-pass filter
26 AD converter
27 DSP (digital signal processor)
28 Sampling clock supply circuit
29 DA converter
30
31
32
33 Low-pass filter
34 AD converter
Claims (12)
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクへの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタに相異なる係数h1、と係数h2を設定する手段と、
係数h1と係数h2それぞれの場合に対応するR1とR2を測定する手段と、
H1とR1、H2とR2に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段と、
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3をGとCを使って算出する手段を有しており、
消音動作中に相異なる消音フィルタの係数を設定しては、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定し、騒音波の伝搬経路の伝達関数と消音波の伝搬経路の伝達関数を算出し、新たな消音フィルタの係数を算出し、この消音フィルタの係数を使って消音動作を行うことを繰り返すことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated therewith with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter having a coefficient h, creating a silencing sound, and releasing the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces noise waves after mute (hereinafter referred to as “residual waves”) at the position of the error microphone,
The transfer function of the noise wave propagation path from the reference sensor to the error microphone is represented by G, the transfer function of the muffler propagation path from the secondary sound source to the error microphone is represented by C, and the coefficient h of the mute filter is represented by the transfer function. H, where R is the measurement of the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal,
Means for setting different coefficients h 1 and h 2 in the silencer filter;
Means for measuring R 1 and R 2 corresponding to the respective cases of coefficients h 1 and h 2 ;
Means for calculating G and C by solving simultaneous equations for H 1 and R 1 , H 2 and R 2 ;
A means for calculating a new silence filter coefficient h 3 using G and C in accordance with the least squares standard so that the silencing effect is best;
Set different coefficients of the mute filter during the mute operation, measure the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal, transfer function of the noise wave propagation path and transfer function of the mute wave propagation path An active noise control device characterized by repeatedly calculating a coefficient of a new silencing filter and performing a silencing operation using the coefficient of the silencing filter.
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、騒音波信号のスペクトル分布を<|X|2 >とするとき、
GとCと<|X|2 >を算出する手段と
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する場合に、最小自乗規範に<|X|2 >の重み付けを与える手段とを有し、
算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。A noise wave or a signal highly correlated with the noise is detected by a reference sensor, and the detected signal is passed through a silencer filter to create a silenced sound. In an active noise control device that reduces residual waves,
The transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is G, the transfer function of the propagation path of the sound wave from the secondary sound source to the error microphone is C, and the spectrum distribution of the noise wave signal is <| X | 2 > And when
Means for calculating G, C, and <| X | 2 > and a new muffling filter coefficient h using G and C in accordance with the least-squares standard so that the silencing effect is the best. Means for giving a weight of | X | 2 >,
An active noise control device that performs a silencing operation using the calculated coefficient h of a new silencing filter.
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音効果を評価する際の周波数重み付けをWとするとき、
GとCを算出する手段と、
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段であって、最小自乗規範にWの重み付けを与える手段とを有し、算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。A noise wave or a signal highly correlated with the noise is detected by a reference sensor, and the detected signal is passed through a silencer filter to create a silenced sound. In an active noise control device that reduces residual waves,
G is the transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone, C is the transfer function of the propagation path of the sound wave from the secondary sound source to the error microphone, and W is the frequency weighting when evaluating the silencing effect. When
Means for calculating G and C;
A means for calculating a coefficient m of a new silence filter using G and C according to the least squares standard so that the silencing effect is the best, and a means for giving a weight of W to the least squares standard. An active noise control apparatus characterized by performing a silencing operation using a coefficient h of a new silencing filter.
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクへの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音対象とする周波数範囲を示す周波数重み付けをFとするとき、
GとCを算出する手段と、
GにFの重み付けを加えながら、消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数hをGとCを使って算出する手段とを有し、
算出された新たな消音フィルタの係数hを使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。A noise wave or a signal highly correlated with the noise is detected by a reference sensor, and the detected signal is passed through a silencer filter to create a silenced sound. In an active noise control device that reduces residual waves,
The transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is G, the transfer function of the propagation path of the sound wave from the secondary sound source to the error microphone is C, and the frequency weighting indicating the frequency range to be silenced is F. and when,
Means for calculating G and C;
Means for calculating a new silence filter coefficient h using G and C according to the least-squares standard so that the silencing effect is best while adding weighting of F to G;
An active noise control device that performs a silencing operation using the calculated coefficient h of a new silencing filter.
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数hと記憶してあるGとCの値から予想されるRの値R。を算出する手段と、
係数hを消音フィルタに設定して消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、
R1 とR0 のずれを予め定めた闇値と比較する手段と、
GとCを算出する手段と、
GとCを使って新たな消音フィルタの係数h3 を算出する手段とを有し、
R1 とR0 のずれが予め定めた閾値よりも大きい場合に限ってGとCを算出し直し、この算出しなおしたGとCを使って消音フィルタの係数h3 を求め、この新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated with this with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter whose coefficient is h, creating a silencing sound, and emitting the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces residual waves at the position of the error microphone,
G is the transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone, C is the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone, and the transfer function from the signal of the reference sensor to the signal of the error microphone When R is the measured value of
The value R of R expected from the value of G and C stored with the coefficient h of the silence filter. Means for calculating
Means for measuring the value R 1 of R when the coefficient h is set in the silence filter and the silence operation is performed;
Means for comparing the difference between R 1 and R 0 with a predetermined dark value;
Means for calculating G and C;
Means for calculating a new silence filter coefficient h 3 using G and C;
Only when the difference between R 1 and R 0 is larger than a predetermined threshold value, G and C are recalculated. The recalculated G and C are used to obtain the coefficient h 3 of the silence filter, and this new active noise control apparatus which is characterized in that the mute operation using the coefficients h 3 of silencing filter.
二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをR、とするとき、
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、
記憶してあるC1 とH1 とR1 から、参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数Gを算出する手段と、
GとC1 から新たな消音フィルタの係数h2 を算出する手段を有しており、
算出された新たな消音フィルタの係数h2 を使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated with this with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter whose coefficient is h, creating a silencing sound, and emitting the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces residual waves at the position of the error microphone,
The transfer function of the propagation path of the muffler from the secondary sound source to the error microphone is C, the coefficient h of the mute filter is expressed as a transfer function H, and the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal is measured. When the thing is R,
Means for measuring a value R 1 of R when a silencing operation is performed with a coefficient h 1 of the silencing filter;
Means for calculating the transfer function G of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone from the stored C 1 , H 1 and R 1 ;
A means for calculating a new silence filter coefficient h 2 from G and C 1 ;
An active noise control device characterized in that a silencing operation is performed using the calculated coefficient h 2 of the new silencing filter.
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、
記憶してあるG1 とH1 とR1 から、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数Cを算出する手段と、
G1 とCから新たな消音フィルタの係数h2 を算出する手段を有しており、
算出された新たな消音フィルタの係数h2 を使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated with this with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter whose coefficient is h, creating a silencing sound, and emitting the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces residual waves at the position of the error microphone,
The transfer function of the noise wave propagation path from the reference sensor to the error microphone is expressed as G, the coefficient h of the mute filter expressed as a transfer function is H, and the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal is measured. Is R,
Means for measuring a value R 1 of R when a silencing operation is performed with a coefficient h 1 of the silencing filter;
Means for calculating the transfer function C of the propagation path of the sound extinction from the secondary sound source to the error microphone from the stored G 1 , H 1 and R 1 ;
A means for calculating a new silence filter coefficient h 2 from G 1 and C;
An active noise control device characterized in that a silencing operation is performed using the calculated coefficient h 2 of the new silencing filter.
二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタの係数h1 において消音動作を行っているときのRの値R1 を測定する手段と、
記憶してあるC1 と係数h1 とR1 から、係数h2 を算出する場合に、消音効果がよりよくなるように係数h1 にインパルス波形を追加することで係数h2 を算出する手段を有しており、
算出された新たな消音フィルタの係数h2 を使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated with this with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter whose coefficient is h, creating a silencing sound, and emitting the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces residual waves at the position of the error microphone,
The transfer function of the propagation path of the muffler from the secondary sound source to the error microphone is C, the coefficient h of the mute filter expressed as a transfer function is H, and the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal is measured. When the thing is R,
Means for measuring a value R 1 of R when a silencing operation is performed with a coefficient h 1 of the silencing filter;
Means for calculating the coefficient h 2 by adding an impulse waveform to the coefficient h 1 so as to improve the silencing effect when calculating the coefficient h 2 from the stored C 1 and coefficients h 1 and R 1. Have
An active noise control device characterized in that a silencing operation is performed using the calculated coefficient h 2 of the new silencing filter.
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタに相異なる係数h1と係数h2を設定する手段と、
係数h1と係数h2それぞれの場合に対応するR1とR2を測定する手段と、
消音フィルタの係数h1,G1,C1から予想されるRの値とR1のずれ、又は、消音フィルタの係数h2,G1,C1から予想されるRの値とR2のずれであるΔRを算出する手段と、
H1とR1、H2とR2に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段と、
算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1,C1を使って、消音フィルタの係数算出に使うべきG2,C2を算出する手段と、
消音効果が最も良くなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3をG2とC2を使って算出する手段を有しており、
ΔRが予め設定してある値に比べて小さいときは、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1,C1をΔRの大きさに関連させて内分することにより、G2 ,C2を算出し、
G2,C2を使って算出された新たな消音フィルタの係数h3を使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated with this with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter whose coefficient is h, creating a silencing sound, and emitting the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces residual waves at the position of the error microphone,
The transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is represented as G, the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone is represented as C, and the coefficient h of the silence filter is represented as a transfer function. H, where R is the measurement of the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal,
Means for setting different coefficients h 1 and h 2 in the muffler filter;
Means for measuring R 1 and R 2 corresponding to the respective cases of coefficients h 1 and h 2 ;
Deviation between R value and R 1 expected from coefficients h 1 , G 1 , and C 1 of silence filter, or R value and R 2 expected from coefficients h 2 , G 1 , and C 1 of silence filter Means for calculating ΔR which is a deviation;
Means for calculating G and C by solving simultaneous equations for H 1 and R 1 , H 2 and R 2 ;
Means for calculating G 2 and C 2 to be used for calculating the coefficient of the silencer filter using the calculated G and C and previously stored G 1 and C 1 ;
The coefficients h 3 of the new mute filter according to the minimum square norm as silencing effect is most good Ku has a means for calculating with the G 2 and C 2,
When ΔR is smaller than a preset value, the calculated G and C and the previously stored G 1 and C 1 are internally divided in relation to the magnitude of ΔR, whereby G 2 and C 2 are calculated,
An active noise control apparatus characterized in that a silencing operation is performed using a coefficient h 3 of a new silencing filter calculated using G 2 and C 2 .
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの係数hを伝達関数として表したものをH、参照センサの信号からエラーマイクの信号ヘの伝達関数を測定したものをRとするとき、
消音フィルタに相異なる係数h1 と係数h2 を設定する手段と、
係数h1 と係数h2 それぞれの場合に対応するR1 とR2 を測定する手段と、
H1 とR1 、H2 とR2 に関する連立方程式を解くことでGとCを算出する手段と、
算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 を使って、消音フィルタの係数算出に使うべきG2 ,C2 を算出する手段と、
消音効果が最もよくなるように最小自乗規範に従って新たな消音フィルタの係数h3 をG2 とC2 を使って算出する手段を有しており、
ΔH=|H2 −H1 |2 が予め設定してある値に比べて小さいときは、算出されたG,Cと、以前に記憶してあるG1 ,C1 をΔHの大ききで内分することにより、G2 ,C2 を算出し、
ΔH=|H2 −H1 |2 が予め設定してある値に比べて大きいときは、算出されたG,Cを、G2 ,C2 に用いることとし、
G2 ,C2 を使って算出された新たな消音フィルタの係数h3 を使って消音動作を行うことを特徴とする能動騒音制御装置。By detecting a noise wave or a signal highly correlated with this with a reference sensor, passing the detected signal through a silencing filter whose coefficient is h, creating a silencing sound, and emitting the silencing sound from the secondary sound source, In an active noise control device that reduces residual waves at the position of the error microphone,
The transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is represented as G, the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone is represented as C, and the coefficient h of the silence filter is represented as a transfer function. H, where R is the measurement of the transfer function from the reference sensor signal to the error microphone signal,
Means for setting different coefficients h 1 and h 2 in the muffler filter;
Means for measuring R 1 and R 2 corresponding to the respective cases of coefficients h 1 and h 2 ;
Means for calculating G and C by solving simultaneous equations for H 1 and R 1 , H 2 and R 2 ;
Means for calculating G 2 and C 2 to be used for calculating the coefficient of the silencer filter using the calculated G and C and previously stored G 1 and C 1 ;
A means for calculating a new silence filter coefficient h 3 using G 2 and C 2 in accordance with the least squares standard so that the silencing effect is best;
When ΔH = | H 2 −H 1 | 2 is smaller than a preset value, the calculated G and C and the previously stored G 1 and C 1 are larger than ΔH. To calculate G 2 and C 2 ,
When ΔH = | H 2 −H 1 | 2 is larger than a preset value, the calculated G and C are used as G 2 and C 2 .
An active noise control apparatus characterized in that a silencing operation is performed using a coefficient h 3 of a new silencing filter calculated using G 2 and C 2 .
参照センサからエラーマイクヘの騒音波の伝搬経路の伝達関数をG、二次音源からエラーマイクヘの消音波の伝搬経路の伝達関数をC、消音フィルタの伝達関数をH、エラーマイクにおいて騒音波に由来するパワーの割合を示すコヒーレンス関数をγ2 とするとき、
GとCとγ2 を算出する手段と、
GとCに基づいてHを算出する手段と、
GとCとγ2 とHを用いて消音量を算出する手段と、
算出された消音量を利用者に表示する手段と、を有することを特徴とする能動騒音制御装置。A noise wave or a signal highly correlated with the noise is detected by a reference sensor, and the detected signal is passed through a silencer filter to create a silenced sound. In an active noise control device that reduces residual waves,
The transfer function of the propagation path of the noise wave from the reference sensor to the error microphone is G, the transfer function of the propagation path of the silence wave from the secondary sound source to the error microphone is C, the transfer function of the silence filter is H, and the noise wave in the error microphone When the coherence function indicating the proportion of power derived from is γ 2 ,
Means for calculating G, C and γ 2 ;
Means for calculating H based on G and C;
Means for calculating the muffled sound volume using G, C, γ 2 and H;
Means for displaying the calculated muffled sound level to a user.
参照センサの信号からエラーマイクヘの信号ヘの伝達関数Rをクロススペクトル法によって求める手段であって、クロススペクトル法における平均化回数が可変である手段と、
消音のずれの程度を算出する手段と、
測定されたRに基づいて消音フィルタの係数hを算出する手段があり、
消音のずれが少ないときはより多い平均化回数でクロススペクトル法を行うことでRを測定し、消音のずれが多いときはより少ない平均化回数でクロススペクトル法を行うことでRを測定し、
測定されたRに基づいて消音フィルタの係数hを算出し、この算出された係数hを使って消音動作をすることを特徴とする能動騒音制御装置。A noise wave or a signal highly correlated with the noise is detected by a reference sensor, and the detected signal is passed through a silencer filter to create a silenced sound. In an active noise control device that reduces residual waves,
Means for obtaining the transfer function R from the signal of the reference sensor to the signal to the error microphone by the cross spectrum method, wherein the number of times of averaging in the cross spectrum method is variable;
Means for calculating the degree of mute shift;
There is means for calculating the coefficient h of the muffler filter based on the measured R,
R is measured by performing the cross spectrum method with a larger number of averaging when the deviation of the mute is small, and R is measured by performing the cross spectrum method with a smaller number of averaging when the deviation of the mute is large.
An active noise control apparatus characterized in that a coefficient h of a silencing filter is calculated based on the measured R, and a silencing operation is performed using the calculated coefficient h.
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