JP6351887B2 - 能動騒音制御装置 - Google Patents
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Description
なお、この発明において、機械類の発する振動または騒音を、まとめて騒音と称することとする。
上記特許文献2の方法を強度の弱い外乱に用いた場合、やはり、恒常的にステップ幅が抑制されることになるので、騒音の変化に対する追従性能が失われてしまう。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る能動騒音制御装置100の構成を示すブロック図である。図示のように、この能動騒音制御装置100には、外部に設けられた出力器200および検出器300が接続されている。
出力器200から出力された二次騒音は、二次経路500を伝播し、騒音源400から発生する騒音と干渉し、当該騒音を低減する。二次騒音との干渉により低減された騒音を、残留騒音または誤差と呼ぶ。ここで、二次経路500は、出力器200から出力された二次騒音が検出器300まで伝播する間に通過する経路と定義づけられる。また、外乱源600は、騒音源400とは無関係な不特定の外乱を、残留騒音に対してさらに付加するものである。この外乱は、吹かれ音および打撃音のような極端に強い外乱と、背景音のような強度の弱い外乱とを含む。
なお、フィルタ係数更新部4が係数更新値を算出し、制御信号フィルタ2が係数更新値を制御フィルタ係数列W(n)に加算することで制御フィルタ係数列W(n)を更新してもよい。
ステップST11において、音源信号生成部1は制御周波数f(n)を取得する。
また、音源信号x(n)が正弦波信号および余弦波信号の2系統の信号を含んでいる場合、制御フィルタ係数列W(n)も、正弦波信号用のフィルタ係数列および余弦波信号用のフィルタ係数列を含む。そして、制御信号フィルタ2は、正弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果と、余弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果とを加算した信号を、原制御信号d(n)とする。
低減された騒音は、さらに外乱源600からの外乱が加えられる。
また、音源信号x(n)が正弦波信号および余弦波信号の2系統の信号を含んでいる場合、参照フィルタ係数列Cも、正弦波信号用のフィルタ係数列および余弦波信号用のフィルタ係数列を含む。この場合、参照信号r(n)には、正弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果の信号、および余弦波信号用のフィルタ係数列を用いたフィルタ処理結果の信号の2系統が含まれる。
ここでは、安定化フィルタ52が異なる帯域通過特性を持った複数のフィルタ係数列を予め保持しており、安定化特性調整部51はその中から制御周波数f(n)に応じたフィルタ係数列を選択して安定化フィルタ52に指示することとする。
以下では、例として、M個の異なるバンドパス特性を持ったフィルタ係数列の中から、制御周波数f(n)に応じたフィルタ係数列を選択する方法を説明する。安定化フィルタ52が保持しているM個のフィルタ係数列は、番号mによって指定されるものとする。
ステップST14−2において、安定化特性調整部51は、m番目のフィルタ係数列を選択する。
安定化特性調整部51は、高域側の遮断周波数が制御周波数f(n)より所定の閾値以上高い場合(ステップST14−3“YES”)、ステップST14−4に進み、それ以外の場合(ステップST14−3“NO”)、ステップST14−6に進む。
安定化特性調整部51は、低域側の遮断周波数が制御周波数f(n)より所定の閾値以上低い場合(ステップST14−4“YES”)、ステップST14−5に進み、それ以外の場合(ステップST14−4“NO”)、ステップST14−6に進む。
なお、ここでは、あらゆる制御周波数f(n)に対して、ステップST14−3およびステップST14−4の条件を満たすフィルタ係数列が必ず一つ以上は存在するように、M個のフィルタ係数列が安定化フィルタ52に与えられているものとしている。
能動騒音制御装置100における音源信号生成部1、制御信号フィルタ2、参照信号フィルタ3、フィルタ係数更新部4および安定化処理部5の各機能は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等を用いた専用のハードウェアで実現することも可能であるし、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサで実現することも可能である。あるいは、電子回路、LSI(Large Scale Integration)等のハードウェア、およびメモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサを組み合わせて実現することも可能である。
能動騒音制御装置100における音源信号生成部1、制御信号フィルタ2、参照信号フィルタ3、フィルタ係数更新部4および安定化処理部5の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ1002に記憶される。プロセッサ1001は、メモリ1002に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、能動騒音制御装置100は、プロセッサ1001により実行されるときに、図3および図4で示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ1002を備える。また、プログラムは、音源信号生成部1、制御信号フィルタ2、参照信号フィルタ3、フィルタ係数更新部4および安定化処理部5の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
バス1004は、プロセッサ1001、メモリ1002および入出力インタフェース1003を接続する。なお、バス1004は適宜バスブリッジ等を用いて構成されてもよい。
以下、安定化フィルタ52を例に用いてフィルタの構成例を説明する。安定化フィルタ52をアナログフィルタで構成する場合、回路内に可変抵抗素子を設け、その抵抗値を安定化特性調整部51の指示に従って動的に変更することによってフィルタ特性を調整する。安定化フィルタ52をデジタルフィルタで構成する場合、FIR(Finit Impulse Response)フィルタ、またはIIR(Infinit Impulse Response)フィルタなどのフィルタで構成し、そのフィルタ係数を安定化特性調整部51の指示に従って変更することによってフィルタ特性を調整する。また、アナログフィルタ、デジタルフィルタのいずれにおいても、安定化フィルタ52を、異なる周波数帯域を通過帯域とする複数のフィルタで構成し、原制御信号d(n)に対するそれぞれのフィルタの出力を、安定化特性調整部51の指示によってセレクタで選択するか、または適当な利得を与えてミキサで混合するなどの方法で、フィルタ特性の動的な調整を実現してもよい。
実施の形態1に係る能動騒音制御装置100は、制御信号g(n)を安定化フィルタ52でフィルタ処理することで異音を除去するが、この際、安定化フィルタ52の群遅延特性による遅延が制御信号g(n)に付与される。群遅延特性による遅延は、フィルタ係数更新部4が制御フィルタ係数列W(n)を更新してからその結果を反映した誤差信号e(n)を受け取るまでの遅延時間に加えられるため、群遅延特性による遅延が大きいと、騒音の変化に対する追従性能が低下する原因となる。そこで、実施の形態2では、制御信号g(n)を安定化フィルタ52で処理する代わりに、制御フィルタ係数列W(n)の更新値をフィルタ処理することで、制御信号g(n)に遅延を付与せずに異音成分の除去を行うようにする。
ステップST21において、音源信号生成部1は制御周波数f(n)を取得する。
ステップST23において、制御信号フィルタ2は、音源信号生成部1から出力された音源信号x(n)を、制御フィルタ係数列W(n)を用いてフィルタ処理し、制御信号g(n)を出力器200に出力する。
ステップST24において、参照信号フィルタ3は、音源信号生成部1から出力された音源信号x(n)を、二次経路500の伝達特性を備えた参照フィルタ係数列Cを用いてフィルタ処理し、参照信号r(n)をフィルタ係数更新部4に出力する。
制御周波数f(n)が高くなると騒音の時間変動も早くなることがあるため、安定化特性調整部61は、安定化フィルタ62のフィルタ特性を調整する際に制御周波数f(n)の高さに応じて通過帯域を調整する。例えば安定化フィルタ62がローパス特性を持つフィルタである場合、安定化特性調整部61は、制御周波数f(n)が高くなるほどローパス特性の遮断周波数が高くなるようなフィルタ係数列を、安定化フィルタ62に指示する。これにより、騒音への追従性を確保する。
また、安定化フィルタ62は、アナログフィルタまたはデジタルフィルタによって実現することができる。
実施の形態3では、騒音の周波数の変化が激しい場合に、騒音の周波数に応じて安定化処理を緩和することで、制御信号g(n)を速やかに追従させるようにする。
この図11のフローチャートに示された処理は、図3のフローチャートにおけるステップST14で実施される処理である。
周波数変化量Δf(n)は、例えば下式(1)を用いて計算される。ただし、αは0≦α<1を満たす実数とする。
=α×Δf(n−1)+(1−α)×(f(n)−f(n−1)) (1)
安定化特性調整部51は、Δf(n)<THである場合(ステップST32“YES”)、ステップST33に進み、Δf(n)≧THである場合(ステップST32“NO”)、ステップST34に進む。
周波数変化量算出部63は、制御周波数f(n)を用いて、制御周波数の時間変化の大きさを示す周波数変化量Δf(n)を計算し、安定化特性調整部61に出力する。
一方、周波数変化量Δf(n)が所定の閾値TH以上である場合、安定化特性調整部61は、周波数変化量Δf(n)が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように安定化フィルタ62のフィルタ特性を調整することによって、安定化処理を緩和する。
この構成により、騒音の周波数の変化に対して、能動騒音制御装置101の追従性を維持することができる。
Claims (6)
- 騒音を発する騒音源に応じて特定される制御周波数に基づいて音源信号を生成する音源信号生成部と、
前記音源信号に対しフィルタ処理を行って原制御信号を生成する制御信号フィルタと、
前記原制御信号のうちの前記制御周波数を含む周波数帯域の信号を通過させ、前記騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断するフィルタ処理を行って制御信号を生成する安定化処理部と、
前記音源信号に対しフィルタ処理を行って参照信号を生成する参照信号フィルタと、
前記制御信号を元に生成された二次騒音と前記騒音との干渉の結果から得られる誤差信号、および前記参照信号を用いて、前記制御信号フィルタのフィルタ係数列を更新するフィルタ係数更新部とを備える能動騒音制御装置。 - 前記安定化処理部は、
前記原制御信号に対しフィルタ処理を行って前記制御信号を生成する安定化フィルタと、
前記制御周波数を含む周波数帯域が通過帯域となるように前記安定化フィルタを調整する安定化特性調整部とを有することを特徴とする請求項1記載の能動騒音制御装置。 - 前記安定化処理部は、前記制御周波数の時間変化の大きさを示す周波数変化量を算出する周波数変化量算出部を有し、
前記安定化特性調整部は、前記周波数変化量が予め定められた閾値未満の場合、前記制御周波数を含む周波数帯域が通過帯域となるように前記安定化フィルタを調整し、前記周波数変化量が前記予め定められた閾値以上の場合、前記周波数変化量が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように前記安定化フィルタを調整することを特徴とする請求項2記載の能動騒音制御装置。 - 騒音を発する騒音源に応じて特定される制御周波数に基づいて音源信号を生成する音源信号生成部と、
前記音源信号に対しフィルタ処理を行って制御信号を生成する制御信号フィルタと、
前記音源信号に対しフィルタ処理を行って参照信号を生成する参照信号フィルタと、
前記制御信号を元に生成された二次騒音と前記騒音との干渉の結果から得られる誤差信号、および前記参照信号を用いて、前記制御信号フィルタのフィルタ係数列の更新に使用される係数更新値を算出するフィルタ係数更新部と、
前記制御信号フィルタの特性が、前記音源信号のうちの前記制御周波数を含む周波数帯域の信号を通過させ、前記騒音に加わった外乱を含む周波数帯域の信号を遮断する特性になるよう、前記係数更新値に対しフィルタ処理を行う係数安定化処理部とを備える能動騒音制御装置。 - 前記係数安定化処理部は、
前記係数更新値に対しフィルタ処理を行う安定化フィルタと、
前記制御周波数の高さに応じて通過帯域が変化するように前記安定化フィルタを調整する安定化特性調整部とを有することを特徴とする請求項4記載の能動騒音制御装置。 - 前記係数安定化処理部は、前記制御周波数の時間変化の大きさを示す周波数変化量を算出する周波数変化量算出部を有し、
前記安定化特性調整部は、前記周波数変化量が予め定められた閾値未満の場合、前記制御周波数の高さに応じて通過帯域が変化するように前記安定化フィルタを調整し、前記周波数変化量が前記予め定められた閾値以上の場合、前記周波数変化量が大きくなるに従って高域遮断周波数が高くなるようなローパス特性を持つように前記安定化フィルタを調整することを特徴とする請求項5記載の能動騒音制御装置。
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