JP2012003240A - 適応性ノイズコントロール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リスニング位置において、ノイズソースからリスニング位置まで発された音響ノイズ信号のパワーを低減するための適応性ノイズコントロールシステムおよび方法は開示される。補償は、周波数領域内にブロック的またはサンプル的に処理され得、時間領域のアナログ信号として音響的に発される。適合可能なゲイン因子は、時間または周波数領域で処理され得る。
【選択図】図1
Description
1.技術分野
本発明は、適応性ノイズコントロールおよびノイズキャンセリングに関し、そして、特に振幅と位相との両方におけるキャンセレーション性能をコントロールするためのシステムおよび方法に関する。
擾乱ノイズ(「ノイズ」または「擾乱音声信号」とも呼ばれる)は、有用な音声信号とは対照的に、例えばリスナーによって聞かれたり、または知覚されたりすることを意図されない音である。モーター付きの乗り物において、擾乱ノイズは、エンジンおよび/またはエンジンと機械的に結合される部品(例えば、ファン)の機械的振動、乗り物全体および乗り物の周囲を通り抜ける風、および/または例えば、舗装された表面に接触するタイヤによって生成される音声信号を含み得る。特に、より低い周波数範囲に対して、ノイズコントロールシステムおよび方法は、相殺的干渉を用いて(すなわち、ノイズ信号を補償信号と重ね合わせることによって)リスニングルーム内に発されたノイズを除去するか、または少なくとも低減することが公知である。しかし、これらのシステムおよび方法の実行可能性は、十分な数の適切なセンサーおよびトランスデューサーと共に使われ得るコスト効率のよい高性能のデジタル信号プロセッサーの発展に頼る。
(項目1)
リスニング位置において、ノイズソースから該リスニング位置まで発された音響ノイズ信号のパワーを低減するための適応性ノイズコントロールシステムであって、該システムは、
該ノイズ信号を表す電気参照信号と、該リスニング位置での音響信号を表す電気エラー信号とを受信し、電気出力信号を提供する適応性フィルタと、
該適応性フィルタの下流に接続され、および第1のゲイン因子を掛けられた該電気出力信号を示す第1の電気補償信号と、第2のゲイン因子を掛けられ、かつフィルタされた該電気出力信号を示す第2の電気補償信号とを提供する信号処理配列であって、該第2のゲイン因子が、1から該第1のゲイン因子を引いた値と等しく、該第2の補償信号が、補償のために該エラー信号に加算される、該信号処理配列と、
該第1の電気補償信号を受信し、および該リスニング位置に該第1の電気補償信号を示す音響補償信号を発する少なくとも1つ以上の音響トランスデューサーと
を含む、システム。
(項目2)
上記ゲイン因子は、複素数である、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目3)
上記ゲイン因子は、ターゲットノイズ信号に従って該ゲイン因子を自動的に調整するように適応された配列によってコントロール可能である、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目4)
上記複素数のゲインを自動的に調整するための上記配列は、推定されたノイズ信号を上記ターゲットノイズ信号と比較することと、推定されたノイズ信号と該ターゲットノイズ信号との差を評価することと、該複素数のゲインを適応することとを行うように適応される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目5)
上記複素数のゲインを自動的に調整するための上記配列は、該複素数のゲイン因子の実数値と掛けられた上記推定されたノイズ信号と上記ターゲットノイズ信号との差に複素数の回転子を適用することによって、該差を評価するように適応される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目6)
上記複素数のゲインを自動的に調整するための上記配列は、上記推定されたノイズ信号と上記ターゲットノイズ信号との差を平均するように適応される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目7)
上記複素数のゲインを自動的に調整するための上記配列は、上記推定されたノイズ信号の偏角と上記ターゲットノイズ信号の偏角とを比較するように適応される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目8)
上記信号処理配列は、少なくとも上記エラー信号を周波数領域内で処理する、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
(項目9)
リスニング位置において、ノイズソースから該リスニング位置まで発された音響ノイズ信号のパワーを低減するための適応性ノイズコントロール方法であって、該方法は、
該音響ノイズ信号と相関する電気参照信号を提供することと、
電気出力信号を提供するために、適応性フィルタを用いて該電気参照信号をフィルタすることと、
第1の電気補償信号を提供するために、該適応性フィルタの該電気出力信号にゲイン因子を掛けることと、
第2の電気補償信号を提供するために、該適応性フィルタの該電気出力信号をフィルタし、およびそれに該ゲイン因子の逆数を掛けることであって、該第2のゲイン因子が、1から該第1のゲイン因子を引いた値と等しい、ことと、
音響トランスデューサーを用いて、該リスニング位置へ該第1の電気補償信号を発することと、
該リスニング位置で残差電気エラー信号を感知することと、
補償されたエラー信号を提供するために、該電気エラー信号に該第2の電気補償信号を加えることと、
該補償されたエラー信号および該参照信号の関数として、該適応性フィルタのフィルタ係数を適応することと
を含む、方法。
(項目10)
上記ゲイン因子は、ターゲットノイズ信号に従って該ゲイン因子を自動的に調整することによってコントロールされる、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
(項目11)
推定されたノイズ信号は、上記ターゲットノイズ信号と比較され、該推定されたノイズ信号と該ターゲットノイズ信号との差が評価され、複素数のゲインは適応される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
(項目12)
上記複素数のゲインを自動的に調整することための上記配列は、該複素数のゲイン因子の実数値を掛けられた上記推定されたノイズ信号と上記ターゲットノイズ信号との差に複素数の回転子を適用することによって、該差を評価するように適応される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
(項目13)
上記推定されたノイズ信号と上記ターゲットノイズ信号との差は、平均される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
(項目14)
上記推定されたノイズ信号の偏角と上記ターゲットノイズ信号の偏角とは、比較される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
(項目15)
少なくとも上記エラー信号は、周波数領域内に処理される、上記項目のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
ノイズソースからリスニング位置まで発された音響ノイズ信号のパワーを低減するための適応性ノイズコントロールシステムおよび方法は開示され、音響ノイズ信号と関連された電気参照信号を提供すること、電気出力信号を提供するために、適応性フィルタを用いて電気参照信号をフィルタすること、第1の電気補償信号を提供するために、適応性フィルタの電気出力信号にゲイン因子を掛けること、第2の電気補償信号を提供するために、適応性フィルタの電気出力信号をフィルタし、およびそれにゲイン因子の逆数を掛けることであって、第2のゲイン因子が、1に第1のゲイン因子を引かれた値と等しいであること、音響トランスデューサーを用いて、リスニング位置へ第1の電気補償信号を発すること、リスニング位置で残差電気エラー信号を感知すること、補償されたエラー信号を提供するために、電気エラー信号に第2の電気補償信号を加えること、および補償されたエラー信号および参照信号の関数として、適応性フィルタのフィルタ係数を適応することを含む。
図面内の構成要素は、必ずしも等縮尺ではなく、代わりに、強調は本発明の原理を説明するのに置かれる。加えて、図面において、同様な参照数字は、対応する部分に指定する。
図1は、望ましくない妨害信号d[n]に少なくとも部分的を補償し、除去または修正する補償信号を生成するための基礎の適応性ノイズコントロールシステムの信号フローを説明する。生じ得る全部の擾乱ノイズを表す音響ノイズ信号x[n](ノイズ信号を参照する)は、ノイズソース3からリスニング位置4まで一次パス1を介して発される。音響ノイズ信号x[n]は、例えば、エンジンの機械振動、エンジンと機械的に結合されるファンのような部品の音、乗り物にわたっておよび周囲に通り抜ける風、および舗装された表面に接触するタイヤによって生成される音声信号を含み得る。簡単のために、このようなノイズソースの全部は、本明細書でノイズソース3によって表される。一次パス1は、例えば、ノイズソース3からリスニング位置、すなわち、妨害ノイズd[n]信号の抑制が達成されるべきリスニングルーム内の位置、すなわち、所望の「サイレンスのポイント」までの擾乱ノイズの伝播のために、音響ノイズ信号x[n]に遅延を押し与え得る。
D^(z)=D(z)+Y(z)・(g・S(z)+(1−g)・S^(z)−S^(z))
=D(z)+Y(z)・G(z)・(S(z)−S^(z))
によって簡単に証明され得る。
E[z]=g・W[z]・S[z]・X[z]+D[z]
(E[z]=W[z]・S[z]・X[z]+D[z]の代わりに)
を適用するように、リスニング位置4で生じる信号e[n]に影響し、そこで、g≠1、およびE[z]が対応する時間信号e[n]等のz−変換である。しかし、コントロールループの一部のような適応性フィルタ11はなお、エラー信号e’[n]を最小化するように求める、すなわち、e’[n]→0。しかし、ゲイン因子gによって導入されるコントロールループのオフセットがある。
Y’[z]=g・W[z]・S[z]・X[z]=−g・P[z]・X[z]=−g・D[z]
a=E[z]/D[z]=(D[z]+Y’[z])/D[z]
=(D[z]−g・D[z])/D[z]=1−g
を用いて形成され得、そこで、E[z]、D[z]、X[z]、Y[z]およびY’[z]が、周波数領域において、時間領域信号e[n]、d[n]、x[n]、y[n]およびy[n]の周波数領域を表し、gが0≦g≦∞を有する実数値のゲインである。
a’=max(amax,|a|)
であるように生じる。任意の相対的な減衰因子aに対して、そこで、
a=E[z]/D[z]=(D[z]+Y’[z])/D[z]
=(D[z]−g・D[z])/D[z]=1−g
および、E[z]、D[z]、X[z]、Y[z]およびY’[z]がそれぞれ、周波数領域において、時間領域信号e[n]、d[n]、x[n]、y[n]およびy[n]の周波数領域を表し、以下の操作のモードが、
A(jω)=1−G(jω)=E(jω)/D(jω)
である。
|1−G(jω)|=|A(jω)|
であり、およびその位相が、
E(jω)=(cos(ω・n)+j・sin(ω・n))・e[n]
の形で行われ得、そこで、nが、この例において、デジタル時間指数であり、およびωが関心の特定信号周波数位置である。ωが人が望む任意の周波数の値を有し得ることは注意されるべき。
X(jω)=cos(ω・n)+j・sin(ω・n)
に従って生成され得、そこで、ωが関心の周波数を表し、およびnが離散的時間指数である。
A(jω)=E(jω)/D(jω)=1−G(jω)
に従って、エラー信号E(jω)および遅延されたノイズ信号D(jω)(=d[n]周波数領域にいて)に関連する。
G(jω,k+1)=|G(jω,k)|・e^(j・arg{G_a(jω,k)})
G(jω)=|G(jω)|・e^(j・arg{G_a(jω)})
に従って、離散的計算によって適応される。
φE_d=arg{E_d(jω)}
および振幅
|E(jω)|=|(1−G(jω))・D(jω)|=|A(jω)・D(jω)|
を有する。
1.位相のみは、
G(jω)=|G(jω)|・e^(j・arg{G_a(jω)})または
G(jω,k+1)=|G(jω,k)|・e^(j・arg{G_a(jω,k)})
を適応される。|G(jω)|、E_d(jω)またはarg{E_d(jω)}はルックアップテーブル内に格納される。
2.振幅および位相は、
G(jω)=G_a(jω)=1−(E_d(jω)/D^(jω))または
G(jω,k+1)=G_a(jω,k)=1−(E_d(jω)/D^(jω,k))
を適応される。E_d(jω)のみは、ルックアップテーブル内に格納され、およびE(jω)として音響的に提供される。
(図面に示されていない)。
5 拡声器
6、13 加算器
7、8 マイクロフォン
12、14 乗算器
Claims (15)
- リスニング位置において、ノイズソースから該リスニング位置まで発された音響ノイズ信号のパワーを低減するための適応性ノイズコントロールシステムであって、該システムは、
該ノイズ信号を表す電気参照信号と、該リスニング位置での音響信号を表す電気エラー信号とを受信し、電気出力信号を提供する適応性フィルタと、
該適応性フィルタの下流に接続され、および第1のゲイン因子を掛けられた該電気出力信号を示す第1の電気補償信号と、第2のゲイン因子を掛けられ、かつフィルタされた該電気出力信号を示す第2の電気補償信号とを提供する信号処理配列であって、該第2のゲイン因子が、1から該第1のゲイン因子を引いた値と等しく、該第2の補償信号が、補償のために該エラー信号に加算される、該信号処理配列と、
該第1の電気補償信号を受信し、および該リスニング位置に該第1の電気補償信号を示す音響補償信号を発する少なくとも1つ以上の音響トランスデューサーと
を含む、システム。 - 前記ゲイン因子は、複素数である、請求項1に記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- 前記ゲイン因子は、ターゲットノイズ信号に従って該ゲイン因子を自動的に調整するように適応された配列によってコントロール可能である、請求項1または2に記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- 前記複素数のゲインを自動的に調整するための前記配列は、推定されたノイズ信号を前記ターゲットノイズ信号と比較することと、推定されたノイズ信号と該ターゲットノイズ信号との差を評価することと、該複素数のゲインを適応することとを行うように適応される、請求項2または3に記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- 前記複素数のゲインを自動的に調整するための前記配列は、該複素数のゲイン因子の実数値と掛けられた前記推定されたノイズ信号と前記ターゲットノイズ信号との差に複素数の回転子を適用することによって、該差を評価するように適応される、請求項4に記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- 前記複素数のゲインを自動的に調整するための前記配列は、前記推定されたノイズ信号と前記ターゲットノイズ信号との差を平均するように適応される、請求項4または5に記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- 前記複素数のゲインを自動的に調整するための前記配列は、前記推定されたノイズ信号の偏角と前記ターゲットノイズ信号の偏角とを比較するように適応される、請求項4〜6のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- 前記信号処理配列は、少なくとも前記エラー信号を周波数領域内で処理する、請求項1〜7のいずれかに記載の適応性ノイズコントロールシステム。
- リスニング位置において、ノイズソースから該リスニング位置まで発された音響ノイズ信号のパワーを低減するための適応性ノイズコントロール方法であって、該方法は、
該音響ノイズ信号と相関する電気参照信号を提供することと、
電気出力信号を提供するために、適応性フィルタを用いて該電気参照信号をフィルタすることと、
第1の電気補償信号を提供するために、該適応性フィルタの該電気出力信号にゲイン因子を掛けることと、
第2の電気補償信号を提供するために、該適応性フィルタの該電気出力信号をフィルタし、およびそれに該ゲイン因子の逆数を掛けることであって、該第2のゲイン因子が、1から該第1のゲイン因子を引いた値と等しい、ことと、
音響トランスデューサーを用いて、該リスニング位置へ該第1の電気補償信号を発することと、
該リスニング位置で残差電気エラー信号を感知することと、
補償されたエラー信号を提供するために、該電気エラー信号に該第2の電気補償信号を加えることと、
該補償されたエラー信号および該参照信号の関数として、該適応性フィルタのフィルタ係数を適応することと
を含む、方法。 - 前記ゲイン因子は、ターゲットノイズ信号に従って該ゲイン因子を自動的に調整することによってコントロールされる、請求項9に記載の適応性ノイズコントロール方法。
- 推定されたノイズ信号は、前記ターゲットノイズ信号と比較され、該推定されたノイズ信号と該ターゲットノイズ信号との差が評価され、複素数のゲインは適応される、請求項9または10に記載の適応性ノイズコントロール方法。
- 前記複素数のゲインを自動的に調整することための前記配列は、該複素数のゲイン因子の実数値を掛けられた前記推定されたノイズ信号と前記ターゲットノイズ信号との差に複素数の回転子を適用することによって、該差を評価するように適応される、請求項11に記載の適応性ノイズコントロール方法。
- 前記推定されたノイズ信号と前記ターゲットノイズ信号との差は、平均される、請求項11または12に記載の適応性ノイズコントロール方法。
- 前記推定されたノイズ信号の偏角と前記ターゲットノイズ信号の偏角とは、比較される、請求項11〜13のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
- 少なくとも前記エラー信号は、周波数領域内に処理される、請求項9〜14のいずれかに記載の適応性ノイズコントロール方法。
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