JP2989379B2 - 適応型ｉｉｒディジタルフィルタを用いた能動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は適応型ＩＩＲディジタル
フィルタを用いた能動制御装置、より詳細には能動騒音
制御装置、能動振動制御装置、エコーキャンセラ、適応
等価器等における信号制御回路、その他能動制御一般に
おける信号制御回路に用いられる適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、適応型ＩＩＲディジタルフィル
タの伝達関数Ｈ(z) は下記の数１によって表わされる。

【０００３】

【数０１】

【０００４】この適応型ＩＩＲディジタルフィルタの直
接型構成には図９に示すようなものがある。適応型ＩＩ
Ｒディジタルフィルタの直接型構成は単位遅延素子２
８、乗算器２９、 および加算器３０から構成されてお
り、入力信号ｕは単位遅延素子２８、乗算器２９を介し
て加算器３０で加算されて出力信号ｙとして出力されて
いる。ａ(i) およびｂ(j）はフィルタ係数を示してい
る。ここで、フィルタ係数ａ(i) により構成され、伝達
関数Ｈ_N(z)

【０００５】

【数０２】

【０００６】を実現するＦＩＲディジタルフィルタ部分
を適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６の非巡回部１８
と呼び、またフィルタ係数ｂ(j) により構成され、伝達
関数Ｈ_R(z)

【０００７】

【数０３】

【０００８】を実現する部分を巡回部１７と呼ぶことに
する。

【０００９】適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６の入
力信号をｕ(n)、出力信号をｙ(n) とすると、入出力関係
は数４で示される。

【００１０】

【数０４】

【００１１】ここで、Ｎは非巡回部１８のタップ数、Ｍ
は巡回部１７のタップ数を示している。フィルタ係数の
更新アルゴリズムには種々のものがあるが、その１つ
に、下記の数５及び数６に従ってフィルタ係数を更新す
る方法がある。

【００１２】

【数０５】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｕ(n-i) ｅ(n)

【００１３】

【数０６】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ(n-j) ｅ(n) ここでｅ(n) は希望応答ｄ(n) とフィルタ出力ｙ(n) と
の出力誤差ｄ(n) −ｙ(n) を示しており、またα、βは
ステップサイズパラメータを示しており、正の小さな値
をとる。さらに、フィルタ係数の更新の安定性および収
束性を向上させるため数５及び数６式中のｅ(n) の代わ
りに下記の数７で示したｆ(n) をもちいる方法がある。

【００１４】

【数０７】

【００１５】ここでｃ(l) は移動平均の重みを示してお
り、予め定めた定数である。またＬは移動平均をとるデ
ータ数を示している。

【００１６】図１０に示した適応型ＩＩＲディジタルフ
ィルタ３６はフィルタ係数の更新制御部を図９で示した
ものに加えたものである。非巡回部１８において、入力
信号ｕ（ｎ）及び出力誤差信号ｅ（ｎ）が係数制御部２
０に入力されて係数制御部２０から各乗算器２９に制御
信号が入力されるように接続されている。一方、巡回部
１７側においても、出力信号ｙ（ｎ）及び出力誤差信号
ｅ（ｎ）が係数制御部２１に入力されて係数制御部２１
から各乗算器２９に制御信号が入力されるように接続さ
れている。数７を用いた場合及び、数５のｕ（ｎ−
ｉ）、数６のｙ（ｎ−ｊ）の代わりに下記の数８及び数
９を用いた場合も、基本的には図１０に示したような構
成となり、係数制御部２０、 ２１内で処理できる。

【００１７】

【数０８】

【００１８】

【数０９】

【００１９】騒音と180 °位相のずれた、同振幅の音波
を消音用発音手段から放射し、音波干渉を起こすことに
よって、騒音を抑制するアクティブ消音装置の信号処理
部に上述のような適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１
６、３６を適用したときの構成を図１１に示す。図１１
において、１２は片端に開口部を有する容器を示してお
り、容器１２内に配置された騒音源１１からの騒音が騒
音検出マイク１３により検出される。騒音マイク１３で
検出された検出信号がプリアンプ２２を介してＡ／Ｄ変
換器２５によりディジタル変換され、適応型ＩＩＲディ
ジタルフィルタ１６に入力される。騒音検出マイク１３
で検出される入力信号ｕ(n) には適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタ１６で数４に基づいた演算が行われ、演算結
果ｙ(n) が消音信号としてＤ／Ａ変換器２６及びパワー
アンプ２３を介して消音スピーカ１５から出力される。
適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６の非巡回部１８の
フィルタ係数ａ(i) および巡回部１７のフィルタ係数ｂ
(j) は、容器１２内の消音誤差検出マイク１４で検出さ
れる消音誤差信号−ｅ(n) に応じて、プリアンプ２４及
びＡ／Ｄ変換器２７を介してそれぞれの係数制御部２
０、２１に入力された信号に基づいて、係数制御部２
０、２１において逐次更新される。また騒音マイク１３
で検出された検出信号は適応型ＩＩＲディジタルフィル
タ１６を介さずにディジタルフィルタ３２を介して係数
制御部２０に入力されるようになっており、また消音信
号は消音誤差検出マイク１４を介さずに直接適応型ＩＩ
Ｒディジタルフィルタ１６からディジタルフィルタ３１
を介して係数制御部２１に入力されるようになってい
る。

【００２０】ここで数５及び数６を用いれば更新式は下
記の数１０及び数１１で表される。

【００２１】

【数１０】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｕ₁(n-i)ｅ(n)

【００２２】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ₁(n-j)ｅ(n) ｕ₁(n)は適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６の入力信
号ｕ(n) をディジタルフィルタ３２で補正したものであ
り、ｙ₁(n)は適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６の出
力信号ｙ(n) をディジタルフィルタ３１で補正したもの
である。ディジタルフィルタ３１、３２の特性は、適応
型ＩＩＲディジタルフィルタ１６の出力から消音誤差検
出マイク１４を経由し、それぞれの係数制御部２０、２
１に至るまでの伝達特性である。

【００２３】さらにその他の従来例として、図１２に示
した構成のものが挙げられる。直接希望応答ｄが得られ
る場合、入力信号ｕは適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
１６の非巡回部１８及び巡回部１７において演算が行な
われ、演算結果ｙが消音信号として出力され、消音信号
と希望応答ｄとが比較される。そして消音誤差信号ｅに
応じた信号がそれぞれの係数制御部２０、２１に入力さ
れ、また出力信号ｙが巡回部１７を介して係数制御部２
０に入力され、入力信号ｕは巡回部１７を介して係数制
御部２１に入力され、非巡回部のフィルタ係数が更新さ
れる。このように、数５及び数６のｕ(n-i),ｙ(n-j) の
代わりに、数８及び数９のｕ₀(i,n)、ｙ₀(j,n)がもちい
られる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示したよう
に、巡回部１７を有する適応型ＩＩＲディジタルフィル
タ３６のフィルタ係数の更新においては、フィルタの安
定性や収束性の問題が常につきまとう。前述の種々のフ
ィルタ係数更新手法においても、安定性及び収束性が保
証されるわけではない。適応型ＩＩＲディジタルフィル
タ３６の巡回部１７では、時によってはフィルタ係数の
更新過程でその出力が発散するなどの問題がある。一
方、巡回部の出力もしくは適応型ＩＩＲディジタルフィ
ルタ３６の出力のレベルが最小となるような、巡回部１
７のフィルタ係数の更新を並列して実行した場合は、巡
回部１７での信号の発散を抑止することが可能である
が、適応型ＩＩＲディジタルフィルタ３６の入力信号が
周期的であり、その周期的な信号が適応型ＩＩＲディジ
タルフィルタ３６の出力として必要となる場合、その必
要とする周期的な信号を巡回部でキャンセルしてしまう
という課題があった。

【００２５】また、数１０及び数１１を用いた場合、計
算量が多くなり、計算量にかかわらず、演算の高速性が
要求される。アクティブ消音制御への適用においては、
図１１に示されるように、係数制御部２０、２１の前処
理としてディジタルフィルタ３１、３２の演算も必要と
なり、計算量の増大は避けられないという課題があっ
た。

【００２６】本発明は上記課題に鑑み発明されたもので
あって、適応型ＩＩＲディジタルフィルタのフィルタ係
数更新における安定性や収束性を向上させるとともに、
フィルタ係数制御部における計算量を減少させ、ＩＩＲ
ディジタルフィルタのフィルタ係数更新時の巡回部の安
定性を確保することができ、また周期的入力に対しても
対応することのできる適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置を提供することを目的としてい
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る適応型ＩＩＲデジタルフィルタを用いた能
動制御装置は、信号処理手段に適応型ＩＩＲ（Infinite
Impulse Response）デジタルフィルタを用いた能動
制御装置において、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタ
の出力信号によって制御される対象の応答と希望応答と
の間の誤差信号を最小にするように前記適応型ＩＩＲデ
ジタルフィルタの巡回部及び非巡回部のフィルタ係数を
更新する第１の係数制御部と、前記適応型ＩＩＲデジタ
ルフィルタの出力信号、もしくは前記巡回部の出力信号
が入力されてその信号レベルを最小にするように前記巡
回部のフィルタ係数を更新する第２の係数制御部とを備
え、前記巡回部のフィルタ係数の更新が前記第１の係数
制御部と第２の係数制御部とにより司られるように構成
されていることを特徴とし（１）、また、信号処理手段
に適応型ＩＩＲデジタルフィルタを用いた能動制御装置
において、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの巡回部
が非巡回部の前段に接続され、該非巡回部の出力信号と
前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出力信号とによっ
て制御される対象の応答と希望応答との間の誤差信号を
入力とする前記巡回部に対するフィルタ係数の適応制御
部と、前記巡回部の出力信号と前記誤差信号とを入力と
する前記非巡回部に対するフィルタ係数の適応制御部と
を備えていることを特徴とし（２）、また、信号処理手
段に適応型ＩＩＲデジタルフィルタを用いた能動制御装
置において、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出力
信号によって制御される対象の応答と希望応答との間の
誤差信号を最小にするようにフィルタ係数を更新する第
１の係数制御部と、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタ
の出力信号、もしくはその巡回部の出力信号が入力され
てその信号レベルを最小にするようにフィルタ係数を更
新する第２の係数制御部と、前記適応型ＩＩＲデジタル
フィルタの出力信号、もしくはその巡回部の信号が入力
されてその信号レベルを検出するレベル検出部とを備
え、前記巡回部のフィルタ係数の更新が前記第１の係数
制御部と第２の係数制御部とにより司られ、前記第２の
係数制御部によるフィルタ係数更新動作が、前記レベル
検出部で検出された信号レベルに応じて許可されるよう
に構成されていることを特徴としている（３）。

【００２８】

【作用】図１１に示した消音装置において、従来のフィ
ルタ係数更新法をもちいた場合、巡回部１７で信号が発
散する場合がある。上記した本発明の（１）記載の構成
に従えば、前記巡回部のフィルタ係数に対して、前記巡
回部の出力レベルを最小にするようなフィルタ係数更新
を並列して実行する構成であるので、前記巡回部におけ
る信号の発散が抑制される。すなわち、前記巡回部から
の出力レベルを最小にするように、前記第２の係数制御
部によって前記巡回部のフィルタ係数が更新された場
合、前記巡回部への入力信号のうち、定常的な周期成分
はキャンセルされて前記巡回部からの出力の周期成分は
ゼロに近付いてゆくことになる。しかしながら、前記巡
回部への入力信号のうち、ランダム成分はキャンセルさ
れず、前記巡回部からの出力に残留する。従って、前記
第１の係数制御部と第２の係数制御部とにより司られる
前記巡回部のフィルタ係数の更新がどのようなものであ
れランダム成分に対する制御は行われる。騒音源の発す
る騒音は通常ランダム音であることが多く、騒音源の発
する騒音がランダム音であるなら、前記巡回部の出力レ
ベルが最小になるように前記巡回部のフィルタ係数を更
新しても、騒音信号が前記巡回部でキャンセルされるこ
とはない。なおこのとき前記巡回部では消音スピーカか
ら放射された音が騒音検出マイクにフィードバックされ
る信号成分の一部分をキャンセルすることになる。

【００２９】また上記した（２）記載の構成によれば、
適応型ＩＩＲディジタルフィルタの非巡回部のフィルタ
係数更新については、巡回部の出力を入力信号とするＦ
ＩＲ(Finite Impulse Response）ディジタルフィルタの
係数更新に帰着できる。ＦＩＲディジタルフィルタのフ
ィルタ係数更新については、その安定性、および収束性
が保証されており、従って、前記非巡回部のフィルタ係
数更新については、その安定性、および収束性が保証さ
れる。さらに数８及び数９を用いたフィルタ係数の更新
を行う場合、本発明では数８に相当する計算は、前記巡
回部ですでになされており、改めて計算する必要がな
い。また本発明のように前記巡回部と前記非巡回部の順
序を入れ換えても、フィルタとしては等価である。従っ
て、前記巡回部のフィルタ係数については、前記非巡回
部の出力と、それに対する出力誤差信号を利用して、フ
ィルタ係数を更新することが可能となる。

【００３０】また上記した（３）記載の構成によれば、
前記巡回部のフィルタ係数に対して、前記巡回部の出力
レベルが所定の基準以上になると、前記巡回部の出力レ
ベルを最小にするようなフィルタ係数更新を並列して実
行することを可能とするレベル検出部を備えているの
で、前記巡回部の信号の発散が抑制される。騒音源の発
する騒音が周期音である場合も、前記巡回部の出力レベ
ルが所定の基準以上にならなければ、前記巡回部の出力
レベルを最小とするフィルタ係数の更新は行われず、必
要とされる周期信号が前記巡回部で全てキャンセルされ
ることはなく、周期音に対してもより一層の効果的に対
応することが可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明に係る適応型ＩＩＲディジタル
フィルタを用いた能動制御装置の実施例を説明する。な
お、従来例と同一機能を有する構成部品には同一符号を
付すこととする。

【００３２】図１は本発明に係る適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置のの一実施例を示した
構成図である。片端に開口部を有する容器１２内に騒音
源１１が配設されており、容器１２内に騒音源１１に対
向して騒音検出用マイク１３及び消音誤差検出用マイク
１４が配置され、容器１２側壁に消音用スピーカ１５が
設置されている。騒音検出マイク１３で検出された騒音
は、プリアンプ２２を介してＡ／Ｄ変換器２５でディジ
タル信号に変換され、変換された騒音信号ｕ(n) は適応
型ＩＩＲディジタルフィルタ１６で演算処理され、その
演算結果が消音信号ｙ(n) としてＤ／Ａ変換器２６に出
力される。Ｄ／Ａ変換器２６でアナログ信号に変換され
た消音信号はパワーアンプ２３を介してスピーカ１５か
ら出力される。消音された結果は消音誤差検出マイク１
４で検出され、プリアンプ２４、Ａ／Ｄ変換器２７を介
して消音誤差信号−ｅ(n) として係数制御部２０、２１
に取り込まれる。また、非巡回部１８の入力ｕ(n) はデ
ィジタルフィルタ３２にも入力され、ディジタルフィル
タ３２の出力ｕ₁(n)が係数制御部２０に入力される。巡
回部１７の出力ｙ(n) はディジタルフィルタ３１にも入
力され、ディジタルフィルタ３１の出力ｙ₁(n)が係数制
御部２１にも入力される。そして、消音誤差信号が最小
となるように適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６のフ
ィルタ係数ａ(i) およびｂ(j) が更新される。この時の
更新式は、下記の数１０及び数１１によって表わされ
る。

【００３３】

【数１０】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｕ₁(n-i)ｅ(n)

【００３４】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ₁(n-j)ｅ(n) ここでα、およびβはステップサイズパラメータを示し
ており、正の小さな値をとる。フィルタ係数ｂ(j) の更
新においては、数１０及び数１１のｅ(n) の代わりに数
７のｆ(n) を用いることもできる。また、数１１のｙ
₁(n-j)の代わりに、下記に示す数１２のｙ₂(j,n)を用い
ることもできる。

【００３５】

【数１２】

【００３６】なお、数１２の計算部をディジタルフィル
タ３１の前段に起き、順序を入れ替えても同じ結果を得
ることができる。さらに、巡回部１７のフィルタ係数b
(j)の更新は係数制御部１９からも実施される。係数制
御部１９では巡回部１７の出力y(n)を入力し、出力y(n)
のレベルが最小になるようにフィルタ係数b(j)を下記の
数１３で更新する。

【００３７】

【数１３】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) −γｙ(n-j) ｙ(n) ここでγはステップサイズパラメータを示しており、正
の小さな値をとる。数１１及び数１３によるフィルタ係
数の更新は並列して実行されるか、もしくは時分割で実
行される。

【００３８】本実施例においては、巡回部１７のフィル
タ係数に対して、巡回部１７の出力レベルを最小にする
ようにフィルタ係数の更新を並列して実行しているの
で、巡回部１７の信号の発散を抑制することができる。
また、騒音が周期性のないランダム音である場合、巡回
部１７の出力レベルが最小になるように巡回部１７のフ
ィルタ係数を更新しても騒音信号が巡回部１７でキャン
セルされることはなく、このとき消音スピーカ１５から
放出された音が騒音検出マイク１３にフィードバックさ
れる信号成分の一部をキャンセルすることとなり、より
一層の消音効果が期待できる。

【００３９】図２は本発明に係る適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置の第２の実施例を示し
た構成図であり、本実施例のハード構成は、図１に示し
た適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６内の巡回部１７
と非巡回部１８とを入れ替えただけの構成であり、ここ
ではハード構成の詳細な説明を省略することとする。

【００４０】本実施例においては、フィルタ係数a(i)は
係数制御部２０で下記の数１４により更新される。

【００４１】

【数１４】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｖ₁(n-i)ｅ(n) フィルタ係数b(j)は係数制御部２１で下記の数１１によ
り更新される。

【００４２】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ₁(n-j)ｅ(n) さらに、フィルタ係数b(j)は係数制御部１９で巡回部１
７の出力v(n)のレベルを最小にするように、下記の数１
５により更新される。

【００４３】

【数１５】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) −γｖ(n-j) ｖ(n) 数１１及び数１５によるフィルタ係数の更新は第１の実
施例の場合と同様、並列して実行されるか、もしくは時
分割で実行される。

【００４４】本実施例においては、巡回部１７のフィル
タ係数に対して、巡回部１７の出力レベルを最小にする
ようにフィルタ係数の更新を並列して実行しているの
で、巡回部１７の信号の発散を抑制することができる。
また、非巡回部１８と巡回部１７との配置を変えること
により、非巡回部１８のフィルタ係数更新における安定
性の向上を図ることができる。さらに、先に述べた実施
例の場合と同様、騒音が周期性のないランダム音である
場合、巡回部１７の出力レベルが最小になるように巡回
部１７のフィルタ係数を更新しても騒音信号が巡回部１
７でキャンセルされることはなく、このとき消音スピー
カ１５から放出された音が騒音検出マイク１３にフィー
ドバックされる信号成分の一部をキャンセルすることと
なり、より一層の消音効果が期待できる。

【００４５】図３は本発明に係る適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置の第３の実施例を示し
た構成図であり、本実施例のハード構成は図２に示した
適応型ＩＩＲディジタルフィルタの係数制御部９の入力
が巡回部の出力v(n)から非巡回部の出力y(n)に変更され
たものであり、ここではそのハード構成の詳細な説明を
省略することとする。

【００４６】係数制御部１９は非巡回部１８の出力y(n)
のレベルを最小にするように、上記数１３によってフィ
ルタ係数b(n)を更新する。

【００４７】本実施例においては、先に述べた第１及び
第２の実施例の場合と同様、巡回部１７のフィルタ係数
に対して、巡回部１７の出力レベルを最小にするように
フィルタ係数更新を並列して実行しているので、巡回部
１７の信号の発散を抑制することができる。また、騒音
が周期性のないランダム音である場合、巡回部１７の出
力レベルが最小になるように巡回部１７のフィルタ係数
を更新しても騒音信号が巡回部１７でキャンセルされる
ことはなく、このとき消音スピーカ１５から放出された
音が騒音検出マイク１３にフィードバックされる信号成
分の一部をキャンセルすることとなり、より一層の消音
効果が期待できる。

【００４８】図４は本発明に係る適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置の第４の実施例を示し
た構成図であり、信号ｕ(n) がＩＩＲディジタルフィル
タ１６に入力され、信号ｙ(n) を出力している。ＩＩＲ
ディジタルフィルタ１６の内部構成は、前段にフィルタ
係数ｂ(j) を有する巡回部１７、後段にフィルタ係数ａ
(i) を有する非巡回部１８が位置している。係数制御部
２０はフィルタ係数ａ(i) の更新を行なうものであり、
係数制御部２０には巡回部１７の出力ｖ(n) と出力誤差
ｅ(n) が入力されている。また係数制御部２１にはＩＩ
Ｒディジタルフィルタ１６の出力ｙ(n) と出力誤差ｅ
(n) が入力されている。出力誤差ｅ(n) は希望応答ｄ
(n) とＩＩＲディジタルフィルタ１６の出力ｙ(n) の差
である。係数制御部２０では、出力誤差ｅ(n) の２乗平
均値を最小にするように、フィルタ係数ａ(i) を下記の
数１６に従って更新する。

【００４９】

【数１６】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｖ(n-i) ｅ(n) 係数制御部２１では、フィルタ係数ｂ(j) を下記の数１
１に従って更新する。

【００５０】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ(n-j) ｅ(n) ここでα、およびβはステップサイズパラメータを示し
ており、正の小さな値をとる。フィルタ係数ｂ(j) の更
新においては、数１１に示したｙ(n-j) の代わりに下記
の数９のｙ₀(j,n)を用いることもできる。

【００５１】

【数０９】

【００５２】本実施例においては、非巡回部１８のフィ
ルタ係数更新については、巡回部１７の出力を入力信号
とするＦＩＲディジタルフィルタの係数更新に帰着でき
るため、非巡回部１８の係数更新については、その安定
性及び収束性が保証されるようになる。さらに数８、数
９を用いたフィルタ係数の更新を行なう場合、数８に相
当する演算が巡回部１７ですでになされており、改めて
計算する必要がなく、計算量の削減あるいは回路規模の
縮小を図ることができる。

【００５３】図５は本発明に係る適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置の第５の実施例を示し
た構成図であり、図４に示した実施例における数９の処
理は係数制御部２１で行なわれるが、これを係数制御部
２１外に出したものが図５に示した構成である。図５に
おける巡回型のディジタルフィルタ１９がこれに相当す
る。また、フィルタ係数ｂ(j) の更新においては、数１
１のｅ(n) の代わりにｅ(n) の移動平均である下記のｆ
(n) を用いることもできる。

【００５４】

【数０７】

【００５５】ここでｃ(l) は移動平均の重みを示してお
り、Ｌは平均するデータ数を示している。

【００５６】本実施例においては、先に述べた第４の実
施例の場合と同様、非巡回部１８のフィルタ係数の更新
については、巡回部１７の出力を入力信号とするＦＩＲ
ディジタルフィルタの係数更新に帰着でき、数９の処理
がディジタルフィルタ１９で行なわれるため、非巡回部
１８のフィルタ係数の更新については、その安定性及び
収束性がより一層保証されるようになる。さらに数８、
数９を用いたフィルタ係数の更新を行なう場合、数８に
相当する演算が巡回部１７ですでになされており、改め
て計算する必要がなく、計算量の削減あるいは回路規模
の縮小を図ることができる。

【００５７】図６は、本発明に係る適応型ＩＩＲディジ
タルフィルタを用いた能動制御装置の第６の実施例を示
した構成図である。片端に開口部を有する容器１２内に
騒音源１１が配設されており、容器１２内に騒音源１１
に対向して騒音検出用マイク１３及び消音誤差検出用マ
イク１４が配置され、容器１２側壁に消音用スピーカ１
５が設置されている。騒音検出マイク１３で検出され、
プリアンプ２２を介してＡ／Ｄ変換器２５でディジタル
信号に変換された騒音信号ｕ(n) は適応型ＩＩＲディジ
タルフィルタ１６で演算処理され、その演算結果が消音
信号ｙ(n) としてＤ／Ａ変換器２６に出力される。Ｄ／
Ａ変換器２６でアナログ信号に変換された消音信号はパ
ワーアンプ２３を介してスピーカ１５から出力される。
消音された結果は消音誤差検出マイク１４で検出され、
プリアンプ２４、Ａ／Ｄ変換器２７を介して消音誤差信
号−ｅ(n) として係数制御部２０と係数制御部２１に取
り込まれる。また、巡回部１７の出力ｖ(n) はディジタ
ルフィルタ３２にも入力され、ディジタルフィルタ３２
の出力ｖ₁(n)が係数制御部２０に入力される。非巡回部
１８の出力ｙ(n) はディジタルフィルタ３１にも入力さ
れ、ディジタルフィルタ３１の出力ｙ₁(n)が係数制御部
２１にも入力される。そして、消音誤差信号が最小とな
るように適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６のフィル
タ係数ａ(i),およびｂ(j) が更新される。このときの更
新式を下記の数１４及び数１１に示す。

【００５８】

【数１４】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｖ₁(n-i)ｅ(n)

【００５９】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ₁(n-j)ｅ(n) ここでα、およびβはステップサイズパラメータを示し
ており、正の小さな値をとる。フィルタ係数ｂ(j) の更
新においては、数１１のｅ(n) の代わりに数７のｆ(n)
を用いることもできる。また、数１１のｙ₁(n-j)の代わ
りに下記の数１２のｙ₂(j,n)を用いることもできる。

【００６０】

【数１２】

【００６１】本実施例においては、先に述べた第５の実
施例の場合と同様、非巡回部１８のフィルタ係数の更新
については、巡回部１７の出力を入力信号とするＦＩＲ
ディジタルフィルタの係数更新に帰着できるため、非巡
回部１８のフィルタ係数の更新については、その安定性
及び収束性が保証されるようになる。さらに数２５の計
算部をディジタルフィルタ２１の前段に置き、順序を入
れ替えても同じ結果を得ることができる。また数８、数
９を用いたフィルタ係数の更新を行なう場合、数８に相
当する演算が巡回部１７ですでになされており、改めて
計算する必要がなく、計算量の削減あるいは回路規模の
縮小を図ることができる。

【００６２】図７は本発明に係る適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタを用いた能動制御装置の第７の実施例を示し
た構成図である。片端に開口部を有する容器１２内に騒
音源１１が配設されており、容器１２内に騒音源１１に
対向して騒音検出用マイク１３及び消音誤差検出用マイ
ク１４が配置され、容器１２側壁に消音用スピーカ１５
が設置されている。騒音検出マイク１３で検出され、プ
リアンプ２２を介してＡ／Ｄ変換器２５でディジタル信
号に変換された騒音信号ｕ(n) は適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタ１６で演算処理され、その演算結果が消音信
号ｙ(n) としてＤ／Ａ変換器２６に出力される。Ｄ／Ａ
変換器でアナログ信号に変換された消音信号はパワーア
ンプ２３を介して消音スピーカ１５から出力される。消
音された結果は消音誤差検出マイク１４で検出され、プ
リアンプ２４、Ａ／Ｄ変換器２７を介して消音誤差信号
−ｅ(n) として係数制御部２０と係数制御部２１に取り
込まれる。また、非巡回部１８の入力ｕ(n) はディジタ
ルフィルタ３２に入力され、ディジタルフィルタ３２の
出力ｕ₁(n)が係数制御部２０に入力される。巡回部１７
の出力ｙ(n) はディジタルフィルタ３１にも入力され、
ディジタルフィルタ３１の出力ｙ₁(n)が係数制御部２１
に入力される。そして、消音誤差信号が最小となるよう
に適応型ＩＩＲディジタルフィルタ１６のフィルタ係数
ａ(i) およびｂ(j) が更新される。この時の更新式を下
記の数１０及び数１１に示す。

【００６３】

【数１０】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｕ₁(n-i)ｅ(n)

【００６４】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ₁(n-j)ｅ(n) ここでα、およびβはステップサイズパラメータを示し
ており、正の小さな値をとる。フィルタ係数ｂ(j) の更
新においては、数１０及び数１１のｅ(n) の代わりに数
７のｆ(n) を用いることもできる。また、数１１のｙ
₁(n-j)の代わりに、下記の数１２のｙ₂(j,n)を用いるこ
ともできる。

【００６５】

【数１２】

【００６６】なお、数１２の計算部をディジタルフィル
タ３１の前段に置き、順序を入れ替えても同じ結果を得
ることができる。さらに、巡回部１７のフィルタ係数ｂ
(j)の更新は係数制御部１９からも実施される。係数制
御部１９では巡回部１７の出力y(n)を入力し、出力y(n)
のレベルが最小になるようにフィルタ係数ｂ(j) を数１
３で更新する。

【００６７】

【数１３】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) −γｙ(n-j) ｙ(n) ここでγはステップサイズパラメータで、正の小さな値
をとる。ここで、係数制御部１９が司る数１３によるフ
ィルタ係数の更新の動作は、巡回部１７の出力信号ｙ
(n) の電力Ｐによって制御される。すなわち、巡回部１
７の出力信号ｙ(n) がレベル検出部３３に入力され、出
力信号ｙ(n) の電力Ｐが計算される。係数制御部１９
は、入力された電力Ｐが、所定の基準電力より大きい場
合にはじめてフィルタ係数更新動作を行う。このとき数
１１及び数１３によるフィルタ係数の更新は並列して実
行されるか、もしくは時分割で実行される。

【００６８】上記した本実施例においては、レベル検出
部３３で検出された信号レベルが所定の基準値以上にな
ったときのみ係数制御部１９での動作を許可することに
より、巡回部１７における信号の発散を抑制し、適応型
ＩＩＲディジタルフィルタ１６において、安定なフィル
タ係数の更新を実現することができる。さらにレベル検
出部３３で検出された信号レベルが所定の基準値以上に
なったときのみ、係数制御部１９が動作するので、ラン
ダム音だけでなく周期的な信号に対しても、巡回部１７
でキャンセルされることなく、適切な消音処理を施すこ
とができる。

【００６９】図８は、本発明に係る適応型ＩＩＲディジ
タルフィルタを用いた能動制御装置の第８の実施例を示
した構成図であり、図７に示した適応型ＩＩＲディジタ
ルフィルタ１６の巡回部１７と非巡回部１８が入れ替わ
った構成を示している。このとき、フィルタ係数ａ(i)
は係数制御部２０で次式により更新される。

【００７０】

【数１４】 ａ(i,n+1) ＝ａ(i,n) ＋αｖ₁(n-i)ｅ(n) フィルタ係数ｂ(j) は係数制御部２１で数１１により更
新される。

【００７１】

【数１１】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) ＋βｙ₁(n-j)ｅ(n) さらに、フィルタ係数ｂ(j) は係数制御部１９で巡回部
１７の出力ｖ(n) のレベルを最小にするように、数１５
により更新される。

【００７２】

【数１５】 ｂ(j,n+1) ＝ｂ(j,n) −γｖ(n-j) ｖ(n) 巡回部１７の出力信号ｖ(n) はレベル検出部３３に入力
され、出力信号ｖ(n)の電力Ｐが計算される。数１５を
実行する係数制御部１９は、入力した電力Ｐが、所定の
基準電力より大きい場合にはじめてフィルタ係数更新動
作を行う。このとき数１１及び数１５によるフィルタ係
数の更新は並列して実行されるか、もしくは時分割で実
行される。

【００７３】上記した実施例においては、先に述べた実
施例の場合と同様、レベル検出部３３で検出された信号
レベルが所定の基準値以上になったときのみ係数制御部
１９での動作を許可することにより、巡回部１７におけ
る信号の発散を抑制し、適応型ＩＩＲディジタルフィル
タ１６において、安定なフィルタ係数更新を実現するこ
とができる。さらにレベル検出部３３で検出された信号
レベルが所定の基準値以上になったときのみ、係数制御
部１９が動作するので、ランダム音だけでなく周期的な
信号に対しても、巡回部１７でキャンセルされることな
く、適切な消音処理を施すことができる。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る適応型
ＩＩＲデジタルフィルタを用いた能動制御装置にあって
は、請求項１に記載の発明によれば、前記係数制御部が
フィルタの係数更新を並列して行うことにより、前記巡
回部における信号の発散を防止することができ、適応型
ＩＩＲデジタルフィルタの安定なフィルタ係数の更新を
実現することができる。

【００７５】また、請求項２に記載の発明によれば、適
応型ＩＩＲデジタルフィルタの前記非巡回部のフィルタ
の係数更新については、前記巡回部の出力を入力信号と
するＦＩＲデジタルフィルタの係数更新に帰着できるた
め、前記非巡回部のフィルタ係数更新については、その
安定性、および収束性が保証される。さらに、数８、数
９を用いたフィルタ係数の更新を行う場合、本構成では
数８に相当する計算は、前段の前記巡回部ですでになさ
れており、改めて計算する必要がなく、計算量の削減、
あるいは回路規模の縮小化を図ることができる。

【００７６】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
前記第２の係数制御部によるフィルタ係数更新動作を、
前記レベル検出部で検出された信号レベルが所定の基準
値以上になったとき許可することにより、前記巡回部に
おける信号の発散を抑止することができ、安定なフィル
タ係数の更新を実現することができる。さらに、前記レ
ベル検出部で検出された信号レベルが所定の基準以上に
なったときのみ、前記第２の係数制御部が動作するの
で、周期的な信号に対しても、前記巡回部でキャンセル
されることがなく、適切な処理を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置としての消音装置の第１実施例を
示した構成図である。

【図２】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置としての消音装置の第２の実施例
を示した構成図である。

【図３】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置としての消音装置の第３の実施例
を示した構成図をである。

【図４】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置の第４の実施例を示した構成図で
ある。

【図５】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置の第５の実施例を示した構成図で
ある。

【図６】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置としての消音装置の第６の実施例
を示した構成図である。

【図７】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置としての消音装置の第７の実施例
を示した構成図である。

【図８】本発明に係る適応型ＩＩＲディジタルフィルタ
を用いた能動制御装置としての消音装置の第８の実施例
を示した構成図である。

【図９】ＩＩＲディジタルフィルタの直接型の構成を示
した回路図である。

【図１０】従来の適応型ＩＩＲディジタルフィルタを用
いた能動制御装置を示した回路図である。

【図１１】従来の適応型ＩＩＲディジタルフィルタを用
いた能動制御装置としての消音装置を示した概略ブロッ
ク図である。

【図１２】従来の適応型ＩＩＲディジタルフィルタを用
いた能動制御装置を示した回路図である。

【符号の説明】

１６ 適応型ＩＩＲディジタルフィルタ １７ 巡回部 １８ 非巡回部 １９ 係数制御部 ２０ 係数制御部 ２１ 係数制御部 ３２ レベル検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日吉 孝蔵 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G10K 11/178

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号処理手段に適応型ＩＩＲ（Infinite
   Impulse Response）デジタルフィルタを用いた能動
   制御装置において、 前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出力信号によって
   制御される対象の応答と希望応答との間の誤差信号を最
   小にするように前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの巡
   回部及び非巡回部のフィルタ係数を更新する第１の係数
   制御部と、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出力信
   号、もしくは前記巡回部の出力信号が入力されてその信
   号レベルを最小にするように前記巡回部のフィルタ係数
   を更新する第２の係数制御部とを備え、前記巡回部のフ
   ィルタ係数の更新が前記第１の係数制御部と第２の係数
   制御部とにより司られるように構成されていることを特
   徴とする適応型ＩＩＲデジタルフィルタを用いた能動制
   御装置。
2. 【請求項２】 信号処理手段に適応型ＩＩＲデジタルフ
   ィルタを用いた能動制御装置において、 前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの巡回部が非巡回部
   の前段に接続され、該非巡回部の出力信号と前記適応型
   ＩＩＲデジタルフィルタの出力信号とによって制御され
   る対象の応答と希望応答との間の誤差信号を入力とする
   前記巡回部に対するフィルタ係数の適応制御部と、前記
   巡回部の出力信号と前記誤差信号とを入力とする前記非
   巡回部に対するフィルタ係数の適応制御部とを備えてい
   ることを特徴とする適応型ＩＩＲデジタルフィルタを用
   いた能動制御装置。
3. 【請求項３】 信号処理手段に適応型ＩＩＲデジタルフ
   ィルタを用いた能動制御装置において、 前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出力信号によって
   制御される対象の応答と希望応答との間の誤差信号を最
   小にするようにフィルタ係数を更新する第１の係数制御
   部と、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出力信号、
   もしくはその巡回部の出力信号が入力されてその信号レ
   ベルを最小にするようにフィルタ係数を更新する第２の
   係数制御部と、前記適応型ＩＩＲデジタルフィルタの出
   力信号、もしくはその巡回部の信号が入力されてその信
   号レベルを検出するレベル検出部とを備え、 前記巡回部のフィルタ係数の更新が前記第１の係数制御
   部と第２の係数制御部とにより司られ、前記第２の係数
   制御部によるフィルタ係数更新動作が、前記レベル検出
   部で検出された信号レベルに応じて許可されるように構
   成されていることを特徴とする適応型ＩＩＲデジタルフ
   ィルタを用いた能動制御装置。