| 研究課題/領域番号 |
20K04540
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| 研究機関 | 日本工業大学 |
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研究代表者 |
木許 雅則 日本工業大学, 基幹工学部, 准教授 (80315126)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | アクティブノイズコントローラ / パラメトリックスピーカ / 多チャネル制御 |
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| 研究実績の概要 |
アクティブノイズコントローラ（以下，ANC）とは，騒音に対して同振幅・逆位相の制御音を信号処理により生成し，両者を干渉させることで騒音を能動的に除去するシステムである。現在までに様々な手法や構成が提案されており，主にダクトや車室内，工場などの限定された空間に対する騒音の除去に利用されている。現状のANCシステムでは「スピーカから消音点間の伝搬経路（以下，二次経路）の変動に対する消音性能の劣化」と「非制御地点での音圧増大」が問題となっており，これらの影響で一般的な屋内などでの使用に至っていない。本研究課題は，指向性の極めて高いパラメトリックスピーカを応用した多チャネルシステムを構築することで，上記の問題を解決する。多チャネルのパラメトリックスピーカから制御音を直線的に消音点へ送出し，それらの合成音で騒音を打ち消す。合成音を用いることでチャネルそれぞれの制御音の音圧は小さく，かつその伝搬は直線的であるため，非制御点への影響を軽減することが可能である。また，二次経路がその音波の直進性により簡易な形式でのモデル化が行え，消音点の移動や障害物の発生等で生じる二次経路変動に対して，ロバストな実環境に即したシステムを実現する。R2年度は，設備備品のパラメトリックスピーカを用いた場合の実環境における二次経路特性，消音範囲，チャネル間干渉等の実験およびデータ収集を行い，それらを考慮した二次経路の簡易推定アルゴリズムと多チャネル騒音除去アルゴリズムの導出を行った。各種シミュレーションにより，これらの手法の有効性について明らかにした。それらの成果を2021年3月に開催された電気学会東京支部埼玉支所研究発表会にて発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
パラメトリックスピーカを用いた場合の実環境における二次経路特性，消音範囲，チャネル間干渉等の実験及びデータ収集を行い，それらを考慮した二次経路の簡易推定アルゴリズムと多チャネル騒音除去アルゴリズムの構築を行った。両アルゴリズムの性能は，様々な条件下でシミュレーションを行い，概ね良好な結果が得られている。但し，前者の二次経路推定法では予想と異なる結果が得られたため，手法の見直しを行った。先行研究で得られた二次経路の形状が，R2年度の実験では同等の結果が得られず，高次反射が想定よりも大きな値となった。これは使用したパラメトリックスピーカの放射特性及び音圧が異なることが原因と考えられる。本研究での二次経路の簡易推定法は，高次反射が直接音に比べて十分小さいことを根拠として設計されたため，推定アルゴリズムの見直しを行った。当初予定の直接音推定法に加えて，高次反射部を変動前のそれを利用して生成することで，二次経路の簡易推定を実現した。本手法による二次経路モデルを用いて消音を行った場合，-10dB程の十分な騒音低減レベルが得られた。また，多チャネル騒音除去アルゴリズムにより，合成制御音の音圧増加が行え，前者の騒音低減レベルから更に-2dB程の精度向上を実現した。但し，目標である-20dBの低減レベルを達成するにはパラメトリックスピーカを現状の設備より更に最大音圧が大きく，狭指向性とすることが必要であることが分かった。R3年度にスピーカの仕様変更を行い，それに伴うアルゴリズムの見直しを予定している。提案手法のDSP実験システムへの適用および実環境での性能評価は，R2年度中に完了する予定であったが，新型コロナウィルス感染症対応に伴う業務全体の遅れや，十分な性能を持つアルゴリズムの導出，制御用PCとDSPシステムの接続等に時間を要したことから若干遅れが生じている。R3年度初旬はこれらの作業に注力する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
提案アルゴリズムのDSP実験システムへの適用は，当初の予定ではR2年度中に完了予定であったが，若干遅れが生じており，R3年度初旬は本作業に注力する予定である。R3年4月現在で作業は順調に進行しており，6月中には完了する見込みである。また，当初の予定よりもスピーカの音圧および指向性の向上が必要であることがR2年度の結果より明らかとなったため，スピーカ性能の向上を行い，DSP実験システムにより性能調査を行う。騒音低減レベル-20dBの達成を目標に，予想した結果が得られない場合は仮定や近似計算等の再検討を行い，適宜，アルゴリズムの修正を行う予定である。4チャネルの基本システム完成後，R3年度実施予定の消音点移動に伴う二次経路モデルの追従手法の構築に着手する。R2年度に提案した二次経路モデル推定法は，消音点から各チャネルの制御スピーカまでの距離情報を別途取得する必要があるが，R3年度はテトラマイクの適用により，音のみの情報から距離推定を実現する。テトラマイクは，4つの単一指向性マイクロフォンで構成される4チャネル正四面体プローブである。本研究では，このマイクの構成とパラメトリックスピーカの指向性の高さを利用して，マイク自体(消音点)の位置推定を実現する。各マイクでの観測音は，チャネル毎の音波の影響が大きくなり，消音点の移動に対してチャネル間音圧と位相差の変化が明確に検知できると予想している。これらの変化を精度良く解析出来るかが，本追従手法の性能を左右する。様々な環境・条件下での多くの観測データを取得し，丁寧に解析を行うことで位置推定アルゴリズムを導出する予定であり，R3年度内にこの構築を完了することを目標とする。また，段階的に得られる成果を積極的に学会等で発表し，そこでの質疑やコメントから得られる情報を参考に，有効性のより高いシステムの構築を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
国際会議，国内学会に対する旅費が発生しなかったこと，および設備備品の高速DSPシステムやマイクロフォンアンプが当初の計画よりも低い金額で購入できたことなどから，次年度(R3年度)使用分が生じた。次年度使用分については，当初の計画に対してスピーカの音圧および指向性の向上が必要となるため，パラメトリックスピーカを上位仕様のものへ変更する費用に充当する予定である。スピーカの単価が当初計画の額に対して増額しており，これを複数台購入する。また，R3年度における学会の現地開催の可否は定かではないが，積極的に成果発表を行うことで，それらの旅費や参加費等に充当する予定である。
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