JP2012247738A - 能動型消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耳元に誤差マイクを設置することなく、耳元における騒音を高精度に低減することができる能動型消音装置を提供する。
【解決手段】伝達関数を予め同定する必要のない直接法の適応アルゴリズムを適用すると共に、誤差マイク４０を設置する誤差検出位置とは異なる消音評価位置１０における仮想誤差をゼロとするように制御信号用適応フィルタＣを直接法の適応アルゴリズムにより更新する。
【選択図】図３

Description

本発明は、誤差マイクおよび制御音発生装置（スピーカ）を用いて、評価位置における騒音源からの音を能動的に低減する能動型消音装置に関するものである。

この種の装置として、例えば、特許文献１〜５には、耳元に誤差マイクを設置して、耳元近傍の騒音を低減する能動型消音装置が記載されている。

特開平６−２６６３７４号公報 特開２００６−１８１２５７号公報 特開２００７−９３９６２号公報 特開２００８−２１６３７５号公報 特開２００９−２６９５３０号公報

しかし、人間の耳元に誤差マイクを設置するのは煩わしさがあるため、耳元に設置することなく、耳元の騒音を低減することが望まれる。一方、誤差マイクを耳元から離した場所に設置すると、耳元における騒音を低減する効果が低い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、耳元に誤差マイクを設置することなく、耳元における騒音を高精度に低減することができる能動型消音装置を提供することを目的とする。

本発明は、伝達関数を予め同定する必要のない直接法の適応アルゴリズムを適用すると共に、誤差検出位置とは異なる消音評価位置における仮想誤差をゼロとするように制御信号用適応フィルタを直接法の適応アルゴリズムにより更新する。

具体的には、本発明の能動型消音装置は、誤差検出位置とは異なる消音評価位置において、音源から発生された低減対象音を能動的に低減する能動型消音装置であって、前記低減対象音を検出して参照信号を生成する参照信号生成部と、前記参照信号を制御信号用適応フィルタによって信号処理することにより制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号生成部により生成された前記制御信号に応じた制御音を発生する制御音発生装置と、前記誤差検出位置に配置され、前記誤差検出位置において前記制御音発生装置により発生された前記制御音と前記音源により発生された前記低減対象音との干渉による実誤差を検出する誤差マイクと、前記参照信号、前記実誤差および仮想適応フィルタに基づいて第一仮想誤差を算出する第一仮想誤差算出部と、前記第一仮想誤差をゼロにするように、前記仮想適応フィルタを更新する仮想適応フィルタ更新部と、前記参照信号、前記仮想適応フィルタおよび前記制御信号用適応フィルタに基づいて前記消音評価位置における誤差としての第二仮想誤差を算出する第二仮想誤差算出部と、前記第二仮想誤差をゼロにするように、前記制御信号用適応フィルタを更新する制御信号用適応フィルタ更新部とを備える。

本発明によれば、制御信号用適応フィルタは、誤差検出位置における騒音をゼロにするように更新するのではなく、誤差検出位置とは異なる消音評価位置における騒音をゼロにするように更新している。従って、消音評価位置に誤差マイクを設置しなくても、消音評価位置における騒音をゼロにすることができる。そして、消音評価位置は人間の耳元であるため、人間の耳元に何ら装着することなく、人間の耳元に発生する騒音を低減することができる。

さらに、本発明によれば、制御信号用適応フィルタの更新に、直接法の適応アルゴリズムを適用している。ここで、直接法の適応アルゴリズム（Direct Adaptive Algorithm，DAA）は、直接法ＬＭＳアルゴリズム、直接法ＲＬＳアルゴリズム、直接法ＦＤＡアルゴリズムなどである。また、直接法ではない適応アルゴリズムとしては、単純ＬＭＳアルゴリズム（Filtered-x ＬＭＳアルゴリズムを含む意味である）、単純ＲＬＳアルゴリズム、単純ＦＤＡアルゴリズムなどである。直接法ではない単純適応アルゴリズムによれば、制御信号生成部と評価点との間の伝達関数Ｇを予め同定しておき、当該伝達関数Ｇの推定値を用いて適応フィルタを更新する。このように、直接法の適応アルゴリズムでなければ、伝達関数Ｇを予め同定しておく必要があり、伝達関数Ｇの推定値の精度によって、制御性能が変化する。

これに対して、本発明は、直接法の適応アルゴリズムを用いて、具体的には第一仮想誤差および第二仮想誤差を用いて、制御信号用適応フィルタを更新している。つまり、制御信号用適応フィルタを更新するために、制御信号生成部と消音評価位置との間の伝達関数Ｇ_vを予め同定する必要がない。さらに、当該伝達関数Ｇ_vが変化したとしても、本発明による直接法の適応アルゴリズムを用いることにより、制御信号用適応フィルタが現在の伝達関数Ｇ_vに応じた値に追従できる。

例えば、制御音発生装置を固定した場所に設置したときに、消音評価位置である人間の耳元が移動した場合には、制御信号生成部と人間の耳元との間の伝達関数Ｇ_v（制御音発生装置と人間の耳元との間の伝達関数を一部に含む伝達関数である）が変化する。制御音発生装置を固定した場所に設置し、消音対象の人間が移動したとしても、本発明によれば、制御信号用適応フィルタが当該伝達関数Ｇ_vに応じた値に追従するため、確実に人間の耳元における騒音を低減することができる。従って、本発明によれば、伝達関数の同定をすることなく、誤差マイクを設置している位置とは異なる消音評価位置における騒音を低減することができる。つまり、誤差マイクを耳元から離れた位置に設置したとしても、確実に耳元の騒音を低減できる。

また、本発明において、以下のようにしても良い。前記能動型消音装置は、前記制御信号を第一経路用適応フィルタによって信号処理することにより第一仮想信号を生成する第一仮想信号生成部と、前記参照信号を第二経路用適応フィルタによって信号処理することにより第二仮想信号を生成する第二仮想信号生成部と、前記参照信号を前記第一経路用適応フィルタによって信号処理することにより第三仮想信号を生成する第三仮想信号生成部と、前記第三仮想信号を前記制御信号用適応フィルタによって信号処理することにより第四仮想信号を生成する第四仮想信号生成部とを備える。前記第一仮想誤差算出部は、前記誤差マイクにより検出される実誤差、前記第一仮想信号および前記第二仮想信号に基づいて、前記第一仮想誤差を算出し、前記第二仮想誤差算出部は、前記第二仮想信号および前記第四仮想信号に基づいて、前記第二仮想誤差を算出する。前記仮想適応フィルタ更新部は、前記制御信号および前記第一仮想誤差に基づいて、前記第一仮想誤差をゼロにするように前記第一経路用適応フィルタを更新する第一フィルタ更新部と、前記参照信号および前記第一仮想誤差に基づいて、前記第一仮想誤差をゼロにするように前記第二経路用適応フィルタを更新する第二フィルタ更新部とを備える。そして、前記制御信号用フィルタ更新部は、前記第三仮想信号および前記第二仮想誤差に基づいて、前記第二仮想誤差をゼロにするように前記制御信号用フィルタを更新する。

このような構成とすることにより、伝達関数を同定することなく、消音評価位置における仮想誤差をゼロにするように、制御信号用適応フィルタを直接法の適応アルゴリズムにより更新することが確実にできる。

また、前記能動型消音装置は、前記実誤差を予め設定された変換フィルタによって信号処理することにより変換仮想誤差を算出する変換仮想誤差算出部をさらに備え、前記第一仮想誤差算出部は、前記変換仮想誤差、前記第一仮想信号および前記第二仮想信号に基づいて前記第一仮想誤差を算出するようにしても良い。

当該変換フィルタは、低減対象音における誤差検出位置から消音評価位置までの伝達関数と制御音における誤差検出位置から消音評価位置までの伝達関数とが一致するときに、当該伝達関数に相当するものとなる。つまり、両者の伝達関数がほぼ一致することを前提として、第一仮想誤差を算出している。従って、両者の伝達関数がほぼ一致する場合には、確実に消音評価位置における騒音を低減できる。特に、誤差検出位置と消音評価位置とが相対的に固定されている場合には、上述した両者の伝達関数がほぼ一致することが多い。従って、当該状態であれば、確実に消音評価位置における騒音を低減できる。

また、前記第三仮想信号生成部は、前記参照信号を前記第一経路用適応フィルタおよび予め設定された第一変換フィルタによって信号処理することにより前記第三仮想信号を生成し、前記能動型消音装置は、前記第二仮想信号を予め設定された第二変換フィルタによって信号処理することにより第二変換仮想信号を生成する第二変換仮想信号生成部をさらに備え、前記第二仮想誤差算出部は、前記第二変換仮想信号および前記第四仮想信号に基づいて、前記第二仮想誤差を算出するようにしても良い。

ここで、低減対象音における誤差検出位置から消音評価位置までの伝達関数と制御音における誤差検出位置から消音評価位置までの伝達関数とは一致しないことがある。そこで、制御音における誤差検出位置から消音評価位置までの伝達関数の一部を第一変換フィルタとして予め設定しておき、低減対象音における誤差検出位置から消音評価位置までの伝達関数の一部を第二変換フィルタとして予め設定しておく。つまり、低減対象音と制御音のそれぞれの伝達関数に応じたフィルタにより信号処理を行い、第二仮想誤差を算出している。従って、両者の伝達関数が一致しない場合であっても、確実に消音評価位置における騒音を低減できる。

また、前記誤差マイクは、前記消音評価位置に対して固定した位置に設置し、前記制御音発生装置に対して相対的に移動可能な位置に設置してもよい。誤差マイクと消音評価位置との相対位置を固定的にすることで、誤差検出位置と消音評価位置との間の伝達関数がほとんど変化しないようにできる。従って、誤差検出位置の実誤差に基づいて、消音評価位置における第二仮想誤差を高精度に算出できる。その結果、消音評価位置における騒音を確実に低減できる。

また、前記消音評価位置は、人間の耳元であり、前記誤差マイクは、当該人間の頭部または首部に身につける物に装着されるようにしてもよい。ここで、誤差マイクが装着される頭部または首部の位置は、消音評価位置である耳元を除いた位置となる。従って、消音評価位置である耳元の近傍である頭部または首部に身につける物に、誤差マイクを装着することで、誤差検出位置と消音評価位置との間の伝達関数の変化が極めて小さい。これにより、消音評価位置である耳元の騒音を確実に低減できる。なお、人間の頭部または首部に身につける物としては、例えば、眼鏡の柄、眼鏡の縁、帽子、ネックレス、イヤリングおよびピアスなどが含まれる。

能動型消音装置の適用概要図である。 能動型消音装置のモデル概要図である。 第一実施形態：能動型消音装置のブロック線図である。 第二実施形態：能動型消音装置のブロック線図である。

＜第一実施形態＞
（能動型消音装置の概要）
能動型消音装置は、消音評価位置において、騒音源から発生された低減対象音ｘを能動的に低減する装置である。この能動型消音装置の適用例としては、以下のとおりである。例えば、建物外にて発生した騒音を、建物内にいる人間の耳元にて消音することに適用できる。また、当該装置は、自動車などにおいて、エンジンから発生する騒音やロードノイズ（路面から伝達されるノイズ）を、乗員の耳元にて消音することに適用できる。

ここで、本実施形態としては、前者の場合を例にあげて図１を参照して説明する。図１に示すように、建物内（外壁面１より室内側）に配置されているリクライニングチェア２に居住者３が着座して、読書や音楽鑑賞をしながらくつろいでいる状態である。建物外（外壁面１より屋外側）には自動車４、歩行者および各種動物などが移動する。ここでは、騒音源として、建物外における自動車４、歩行者および各種動物などとする。なお、図１においては、自動車４のみを図示する。

つまり、建物外の騒音によって室内の居住者３が不快に感じないようにするために、能動型消音装置によって、室内の居住者３の耳元にて、建物外の騒音源から発生された低減対象音ｘを消音する。特に、当該装置は、室内の居住者３がリクライニングチェア２に着座しているときのみならず、室内の他の場所にいる場合にも、低減対象音ｘを消音することができるようにする。

この能動型消音装置は、適応アルゴリズムを用いて能動的に制御音を発生させることにより、消音評価位置１０において騒音の影響を能動的に低減する。具体的には、図１に示すように、能動型消音装置は、参照マイク（参照信号生成部）２０と、スピーカー（制御音発生装置）３０と、誤差マイク４０と、コントローラ５０を備える。

参照マイク２０は、建物外に配置され、自動車４などの騒音源から発生された低減対象音ｘを検出して、適応アルゴリズムに用いるための参照信号ｒを生成する参照マイク（参照信号生成部）１０を配置する。参照マイク２０は、外壁面１より屋外側に設置している。参照マイク２０は、室内に設置することもできるが、より早く低減対象音ｘを検出するために室外に設置している。

なお、低減対象音ｘは、建物の外壁面１を通過して室内に伝達され、さらに居住者３の耳元へ伝達される。スピーカー３０は、コントローラ５０によって生成された制御信号ｕに応じた制御音を発生する。このスピーカー３０は、例えば、リクライニングチェア２のヘッドレストに固定されている。そして、スピーカー３０が発生する制御音は、居住者３の耳元へ伝達され、当該耳元において低減対象音ｘに干渉することで当該低減対象音ｘを低減するように作用する。

誤差マイク４０は、居住者３が頭部に装着している眼鏡３ａの柄に設けられている。つまり、誤差マイク４０が設けられている位置は、消音評価位置１０である居住者３の耳元から僅かに離れている。ただし、眼鏡３ａは居住者３の頭部に装着されているため、居住者３がリクライニングチェア２から移動した場合であっても、誤差マイク４０と消音評価位置１０とは、相対的に固定された位置となる。この誤差マイク４０は、スピーカー３０により発生された制御音と騒音源である自動車４により発生された低減対象音ｘとの干渉による実誤差ｅ_rを検出する。つまり、誤差マイク４０が設置される位置が、誤差検出位置となる。

なお、本実施形態においては、誤差マイク４０は、眼鏡３ａの柄に設けたが、この他に、居住者３の頭部または首部に身につける物に装着すると良く、例えば、眼鏡３ａの縁、帽子、ネックレス、イヤリングおよびピアスなどとしても良い。これらであれば、耳元からの距離が僅かであると共に、消音評価位置１０である耳元に対して固定した位置に設けられている。また、誤差マイク４０が外部に露出していることが望ましく、帽子の場合には表面側に露出するように設けると良い。なお、上記に比べると、離間距離および相対的な固定的な関係として劣るが、衣服や靴などに誤差マイク４０を設けることもできる。

コントローラ５０は、参照マイク２０により生成される参照信号ｒと、誤差マイク４０により検出される実誤差ｅ_rとに基づいて、適応アルゴリズムを用いて処理することにより、制御信号ｕを生成する。この制御信号ｕは、スピーカー３０に出力され、スピーカー３０の制御音を発生させるための信号となる。つまり、理想的には、消音評価位置１０において、制御音の各周波数帯の位相を低減対象音ｘの対応する周波数帯の位相と逆位相とし、制御音の各周波数帯の振幅を低減対象音ｘの対応する周波数帯の振幅と同一にすることである。このようにできれば、消音評価位置１０において、低減対象音ｘの影響を全くない状態にできる。

次に、図２を参照して、能動型消音装置のモデル概要について説明する。図２に示すように、騒音源である自動車４から低減対象音ｘが発生する。低減対象音ｘは、伝達関数Ｗ_rを介して、誤差マイク４０が設置される誤差検出位置に伝達される。また、低減対象音ｘは、伝達関数Ｗ_vを介して、消音評価位置１０である耳元に伝達される。ここで、誤差マイク４０が設置される誤差検出位置と消音評価位置１０との伝達関数はＷとしている。つまり、Ｗ＝Ｗ_v／Ｗ_rである。

一方、スピーカー３０により発生される制御音は、伝達関数Ｇ_r２を介して、誤差マイク４０が設置される誤差検出位置に伝達される。また、当該制御音は、伝達関数Ｇ_v２を介して、消音評価位置１０である耳元に伝達される。ここで、誤差マイク４０が設置される誤差検出位置と消音評価位置１０との伝達関数はＷとしている。つまり、ここでは、Ｗ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２としている。ただし、Ｗ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２でないことも考えられるため、この場合については、第二実施形態に説明する。

（能動型消音装置の詳細）
次に、図３のブロック線図を参照して、能動型消音装置の詳細構成について説明する。図３において、添え字「ｒ」は、誤差マイク４０が設置されている誤差検出位置に関することを意味し、添え字「ｖ」は、消音評価位置１０に関することを意味する。また、図３において、記号の上に付している「＾」は、ハットと称し、推定値または仮想値を意味する。ただし、記載の都合上、以下の文章中においては、「＾」を「ｈ」として記載する。ただし、数式においては、「＾」を用いる。

低減対象音ｘが伝達関数Ｗ_vを介して消音評価位置１０に伝達される。このときの伝達騒音はｄ_vである。この関係は、式（１）にて表される。

一方、コントローラ５０において、制御信号生成部５１が、参照マイク２０（図３においては「Ｗ_ref」と示す）により検出された参照信号ｒに対して制御信号用適応フィルタＣによって信号処理することにより、電気信号である制御信号ｕを生成する。そして、スピーカー３０が、当該制御信号ｕに応じた制御音を出力する。スピーカー３０が発生した制御音は、伝達関数Ｇ_v２を介して消音評価位置１０に伝達される。このときの伝達制御音はｙ_vである。ここで、制御信号生成部５１から消音評価位置１０までの伝達関数は、Ｇ_vとする。上記の関係は、式（２）にて表される。

そして、消音評価位置１０における仮想誤差は、式（３）に示すように、ｅ_vとなる。この仮想誤差ｅ_vをゼロとすることができれば、居住者３（図１に示す）は屋外で発生した騒音を感じなくなる。

しかし、消音評価位置１０は、耳元であるため、誤差マイク４０を設置することによる煩わしさが生じる。そこで、誤差マイク４０は、図１を参照して上述したように、眼鏡３ａの柄に装着している。つまり、誤差マイク４０による誤差検出位置は、消音評価位置１０とは異なる位置となる。そのため、消音評価位置１０における仮想誤差ｅ_vは、検出することができない。

この誤差検出位置について、低減対象音ｘおよび制御音の関係について説明する。低減対象音ｘは、伝達関数Ｗ_rを介して誤差検出位置に伝達される。このときの伝達騒音はｄ_rである。この関係は、式（４）にて表される。

また、スピーカー３０が、制御信号生成部５１により生成された当該制御信号ｕに応じた制御音を出力する。このスピーカー３０が発生した制御音は、伝達関数Ｇ_r２を介して誤差検出位置に伝達される。このときの伝達制御音はｙ_rである。ここで、制御信号生成部５１から誤差検出位置までの伝達関数は、Ｇ_rとする。上記の関係は、式（５）にて表される。

そして、誤差マイク４０により検出される誤差検出位置における実誤差は、式（６）に示すように、ｅ_rとなる。この実誤差ｅ_rを用いて、消音評価位置１０における仮想誤差ｅ_vをゼロにするように、制御信号生成部５１における制御信号用適応フィルタＣを更新する。制御信号用適応フィルタＣの更新方法の詳細について、以下に説明する。

制御信号生成部５１における制御信号用適応フィルタＣの更新は、誤差検出位置における実誤差ｅ_rを用いて、直接法の適応アルゴリズムを用いる。ここでは、直接法ＬＭＳアルゴリズムを用いる場合を例にあげる。なお、詳細な説明はしないが、直接法ＲＬＳアルゴリズム、直接法ＦＤＡアルゴリズムを適用できる。

ここで、直接法ではない適応アルゴリズムであれば、伝達関数Ｇ_vまたはＧ_rを同定する必要があるが、本実施形態では直接法の適応アルゴリズムを用いるため、伝達関数Ｇ_vまたはＧ_rを同定する必要がない。具体的には、直接法の適応アルゴリズムを用いることで、伝達関数Ｇ_vまたはＧ_rに相当する適応フィルタを設置しておき、当該適応フィルタを適応アルゴリズムによって更新することで、当該適応フィルタを現在の伝達関数Ｇ_vまたはＧ_rに適応させることができる。

参照信号ｒ、制御信号ｕ、実誤差ｅ_r、制御信号用適応フィルタＣ、第一経路用適応フィルタＫ_v、第二経路用適応フィルタＤ_vを用いて、第一仮想誤差算出部６０および第二仮想誤差算出部６１のそれぞれにおいて、第一仮想誤差ｅh_v1および第二仮想誤差ｅh_v2のそれぞれを算出する。そして、算出した第一仮想誤差ｅh_v1および第二仮想誤差ｅh_v2に基づくＬＭＳアルゴリズムにより、制御信号用適応フィルタＣ、第一経路用適応フィルタＫ_v、第二経路用適応フィルタＤ_vを更新する。ここで、第一仮想誤差ｅh_v1および第二仮想誤差ｅh_v2は、式（７）（８）により表される。

式（７）における変換仮想誤差ｅh_vは、変換仮想誤差算出部５２において、実誤差ｅ_rを予め設定された変換フィルタＷによって信号処理することにより算出される。この関係は、式（９）にて表される。なお、以下において、式中の「＊」は、畳み込み演算子である。

式（７）における第一仮想信号ｙh_v1は、第一仮想信号生成部５３において、制御信号ｕを第一経路用適応フィルタＫ_vによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（１０）にて表される。ここで、第一経路用適応フィルタＫ_vは、伝達関数Ｇ_vに対応するフィルタである。

式（７）（８）における第二仮想信号ｄh_vは、第二仮想信号生成部５４において、参照信号ｒを第二経路用適応フィルタＤ_vによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（１１）にて表される。ここで、第二経路用適応フィルタＤ_vは、伝達関数Ｗ_v／Ｗ_refに対応するフィルタである。

式（８）における第四仮想信号ｙh_v2は、第四仮想信号生成部５６において、第三仮想信号ｓを制御信号用適応フィルタＣによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（１２）にて表される。

式（１２）における第三仮想信号ｓは、第三仮想信号生成部５５において、参照信号ｒを第一経路用適応フィルタＫ_vによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（１３）にて表される。

従って、上記式（７）は、式（９）（１０）（１１）より、式（１４）のように表され、式（８）は、式（１１）（１２）（１３）より、式（１５）のように表される。

さらに、第一フィルタ更新部５７により、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第一仮想誤差ｅh_v1をゼロにするように第一経路用適応フィルタＫ_vを更新する。具体的には、第一フィルタ更新部５７は、制御信号ｕおよび第一仮想誤差ｅh_v1に基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより、第一経路用適応フィルタＫ_vを更新する。

この更新処理について詳細に説明する。まず、第一フィルタ更新部５７において、評価関数Ｊ１を式（１６）のように設定する。この評価関数Ｊ１が極小となるような第一経路用適応フィルタＫ_vを求める。

そこで、勾配ベクトル▽１_(k)を式（１７）のように設定する。勾配ベクトル▽１_(k)は、評価関数Ｊ１_(k)を第一経路用適応フィルタＫ_v(k)で偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽１_(k)は、式（１７）の第二行の右辺に示すように表される。さらに、式（１４）より、勾配ベクトル▽１_(k)は、式（１７）の第三行の右辺に示すように表される。以下において、添え字（ｋ）は、サンプリング数（時間ステップ）を表す。

そして、更新後の第一経路用適応フィルタＫ_v(k+1)は、式（１８）の第一行に示すように、算出した勾配ベクトル▽１_(k)にステップサイズパラメータμ１を乗じた項を、前回更新された第一経路用適応フィルタＫ_v(k)から減算することにより導き出す。そして、式（１７）を代入すると、第一経路用適応フィルタＫ_vの更新式は、式（１８）の第二行に示すように表される。

また、第二フィルタ更新部５８により、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第一仮想誤差ｅh_v1をゼロにするように第二経路用適応フィルタＤ_vを更新する。具体的には、第二フィルタ更新部５８は、参照信号ｒおよび第一仮想誤差ｅh_v1に基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより、第二経路用適応フィルタＤ_vを更新する。

この更新処理について詳細に説明する。第二フィルタ更新部５８においては、第一フィルタ更新部５７と同様に、評価関数Ｊ１を上述した式（１６）のように設定する。そして、この評価関数Ｊ１が極小となるような第二経路用適応フィルタＤ_vを求める。そこで、勾配ベクトル▽２_(k)を式（１９）のように設定する。当該勾配ベクトル▽２_(k)は、評価関数Ｊ１_(k)を第二経路用適応フィルタＤ_v(k)で偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽２_(k)は、式（１９）の第二行の右辺に示すように表される。さらに、式（１４）より、勾配ベクトル▽２_(k)は、式（１９）の第三行の右辺に示すように表される。

そして、更新後の第二経路用適応フィルタＤ_v(k+1)は、式（２０）の第一行に示すように、算出した勾配ベクトル▽２_(k)にステップサイズパラメータμ２を乗じた項を、前回更新された第二経路用適応フィルタＤ_v(k)から減算することにより導き出す。そして、式（１９）を代入すると、第二経路用適応フィルタＤ_vの更新式は、式（２０）の第二行に示すように表される。

さらに、制御信号用フィルタ更新部５９により、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第二仮想誤差ｅh_v2をゼロにするように制御信号用適応フィルタＣを更新する。具体的には、制御信号用フィルタ更新部５９は、第三仮想信号ｓおよび第二仮想誤差ｅh_v2に基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより、制御信号用適応フィルタＣを更新する。

この更新処理について詳細に説明する。まず、制御信号用フィルタ更新部５９において、評価関数Ｊ２を式（２１）のように設定する。この評価関数Ｊ２が極小となるような制御信号用適応フィルタＣを求める。

そこで、勾配ベクトル▽３_(k)を式（２２）のように設定する。当該勾配ベクトル▽３_(k)は、評価関数Ｊ２_(k)を制御信号用適応フィルタＣ_(k)で偏微分して得られる。そうすると、勾配ベクトル▽３_(k)は、式（２２）の第二行の右辺に示すように表される。さらに、式（１５）より、勾配ベクトル▽３_(k)は、式（２２）の第三行の右辺に示すように表される。

そして、更新後の制御信号用適応フィルタＣ_(k+1)は、式（２３）の第一行に示すように、算出した勾配ベクトル▽３_(k)にステップサイズパラメータμ３を乗じた項を、前回更新された制御信号用適応フィルタＣ_(k)から減算することにより導き出す。そして、式（２２）を代入すると、制御信号用適応フィルタＣの更新式は、式（２３）の第二行に示すように表される。

上述したように、第一フィルタ更新部５７および第二フィルタ更新部５８において、消音評価位置１０における誤差に相当する第一仮想誤差ｅh_v1をゼロにするように、第一経路用適応フィルタＫ_vおよび第二経路用適応フィルタＤ_vを更新している。さらに、制御信号用フィルタ更新部５９において、消音評価位置１０における誤差に相当する第二仮想誤差ｅh_v2をゼロにするように、制御信号用適応フィルタＣを更新している。

ここで、第一仮想誤差ｅh_v1および第二仮想誤差ｅh_v2の和を考える。当該和の式を展開すると、式（２４）に示すようになる。

式（２４）より、ｅh_v1およびｅh_v2がゼロに収束し、ＣおよびＫ_vがある一定値に収束する場合には、右辺の第二項と第三項がキャンセルされ、（Ｗ＊ｅ_r）がゼロに収束する。つまり、変換フィルタＷの設定を高精度に行うことで、（Ｗ＊ｅ_r）に対応する消音評価位置１０における誤差ｅ_vをゼロに収束させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、制御信号用適応フィルタＣは、誤差検出位置における騒音をゼロにするように更新するのではなく、誤差検出位置とは異なる消音評価位置１０における騒音をゼロにするように更新している。従って、消音評価位置１０に誤差マイク４０を設置しなくても、消音評価位置１０における騒音をゼロにすることができる。そして、消音評価位置１０は人間の耳元であるため、人間の耳元に何ら装着することなく、人間の耳元に発生する騒音を低減することができる。

さらに、本実施形態によれば、制御信号用適応フィルタＣの更新に、直接法の適応アルゴリズムを適用している。ここで、直接法ではない単純適応アルゴリズムによれば、制御信号生成部５１と評価点との間の伝達関数Ｇを予め同定しておき、当該伝達関数Ｇの推定値を用いて適応フィルタを更新する。このように、直接法の適応アルゴリズムでなければ、伝達関数Ｇを予め同定しておく必要があり、伝達関数Ｇの推定値の精度によって、制御性能が変化する。

これに対して、本実施形態によれば、直接法の適応アルゴリズムを用いて、具体的には第一仮想誤差ｅh_v1および第二仮想誤差ｅh_v2を用いて、制御信号用適応フィルタＣを更新している。つまり、制御信号用適応フィルタＣを更新するために、制御信号生成部５１と消音評価位置１０との間の伝達関数Ｇ_vを予め同定する必要がない。さらに、当該伝達関数Ｇ_vが変化したとしても、直接法の適応アルゴリズムを用いることにより、制御信号用適応フィルタＣが現在の伝達関数Ｇ_vに応じた値に追従できる。

例えば、制御音を発生するスピーカー３０を固定した場所に設置したときに、消音評価位置１０である人間の耳元が移動した場合には、制御信号生成部５１と人間の耳元との間の伝達関数Ｇ_vが変化する。このように、スピーカー３０を固定した場所に設置し、消音対象の人間が移動したとしても、制御信号用適応フィルタＣが当該伝達関数Ｇ_vに応じた値に追従するため、確実に人間の耳元における騒音を低減することができる。従って、伝達関数の同定をすることなく、誤差マイク４０を設置している位置とは異なる消音評価位置１０における騒音を低減することができる。つまり、誤差マイク４０を耳元から離れた位置に設置したとしても、確実に耳元の騒音を低減できる。

また、誤差マイク４０を眼鏡３ａの柄に設置しているため、誤差マイク４０と消音評価位置１０である耳元との相対的な位置が固定されている。従って、誤差マイク４０による誤差検出位置と消音評価位置１０との間の伝達関数がほとんど変化しない。従って、誤差マイク４０により検出された実誤差に基づいて、消音評価位置１０における第一仮想誤差ｅh_v1および第二仮想誤差ｅh_v2を高精度に算出できる。その結果、消音評価位置１０における騒音を確実に低減できる。

特に、誤差マイク４０を眼鏡３ａの柄に設置しており、誤差マイク４０と消音評価位置１０である耳元との距離が近い。従って、誤差マイク４０が設置される誤差検出位置と消音評価位置１０との間の伝達関数の変化が極めて小さい。これにより、消音評価位置１０である耳元の騒音を確実に低減できる。

また、本実施形態においては、Ｗ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２であるとして、変換フィルタＷを用いた処理を行っている。上述したように、誤差マイク４０と消音評価位置１０である耳元との相対的な位置が固定されている。そのため、ほぼＷ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２の関係となるため、このような前提としても十分に効果を発揮できる。特に、誤差マイク４０と消音評価位置１０との距離が非常に短い。このことからも、より上記の関係となるため、十分に効果を発揮できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の能動型消音装置の構成について、図４を参照して説明する。図４において、添え字「ｒ」は、誤差マイク４０が設置されている誤差検出位置に関することを意味し、添え字「ｖ」は、消音評価位置１０に関することを意味する。第二実施形態の能動型消音装置は、第一実施形態の能動型消音装置に対して、コントローラ１５０における制御信号用適応フィルタＣの更新処理が相違する。以下、コントローラ１５０における当該更新処理について説明する。なお、以下の説明において、第一実施形態と同一構成について同一符号を付して説明を省略する。ここで、第一実施形態のコントローラ５０において、Ｗ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２として、変換フィルタＷを用いた更新処理を行った。これに対して、第二実施形態のコントローラ１５０は、Ｗ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２ではないとして、第一変換フィルタＷ１および第二変換フィルタＷ２を用いた更新処理を行う。

制御信号生成部５１における制御信号用適応フィルタＣの更新は、誤差検出位置における実誤差ｅ_rを用いて、直接法の適応アルゴリズムを用いる。ここでは、直接法ＬＭＳアルゴリズムを用いる場合を例にあげる。なお、詳細な説明はしないが、直接法ＲＬＳアルゴリズム、直接法ＦＤＡアルゴリズムを適用できる。

参照信号ｒ、制御信号ｕ、実誤差ｅ_r、制御信号用適応フィルタＣ、第一経路用適応フィルタＫ_r、第二経路用適応フィルタＤ_rを用いて、第一仮想誤差算出部１６１および第二仮想誤差算出部１６２のそれぞれにおいて、第一仮想誤差ｅh_rおよび第二仮想誤差ｅh_vのそれぞれを算出する。そして、算出した第一仮想誤差ｅh_rおよび第二仮想誤差ｅh_vに基づくＬＭＳアルゴリズムにより、制御信号用適応フィルタＣ、第一経路用適応フィルタＫ_r、第二経路用適応フィルタＤ_rを更新する。ここで、第一仮想誤差ｅh_rおよび第二仮想誤差ｅh_vは、式（２５）（２６）により表される。

式（２５）における第一仮想信号ｙh_rは、第一仮想信号生成部１５２において、制御信号ｕを第一経路用適応フィルタＫ_rによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（２７）にて表される。ここで、第一経路用適応フィルタＫ_rは、伝達関数Ｇ_rに対応するフィルタである。なお、以下において、式中の「＊」は、畳み込み演算子である。

式（２５）における第二仮想信号ｄh_vは、第二仮想信号生成部１５３において、参照信号ｒを第二経路用適応フィルタＤ_rによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（２８）にて表される。ここで、第二経路用適応フィルタＤ_rは、伝達関数Ｗ_rに対応するフィルタである。

式（２６）における第四仮想信号ｙh_vは、第四仮想信号生成部１５６において、第三仮想信号ｓを制御信号用適応フィルタＣによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（２９）にて表される。

式（２９）における第三仮想信号ｓは、以下のように生成される。まず、第一変換仮想信号算出部１５４において、参照信号ｒを第一変換フィルタＷ１によって信号処理して生成された第一変換仮想信号ｔを生成される。そして、第三仮想信号生成部１５５において、第一変換仮想信号ｔを第一経路用適応フィルタＫ_rによって信号処理することにより生成される。この関係は、式（３０）にて表される。

式（２６）における第二変換仮想信号ｄh_vは、第二変換仮想信号算出部１５７において、第二仮想信号ｄh_rを第二変換フィルタＷ２によって信号処理することにより生成される。この関係は、式（３１）にて表される。

従って、上記式（２５）は、式（２７）（２８）より、式（３２）のように表され、式（２６）は、式（２８）〜（３１）より、式（３３）のように表される。

さらに、第一フィルタ更新部１５８により、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第一仮想誤差ｅh_rをゼロにするように第一経路用適応フィルタＫ_rを更新する。具体的には、第一フィルタ更新部１５８は、制御信号ｕおよび第一仮想誤差ｅh_rに基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより、第一経路用適応フィルタＫ_rを更新する。この更新処理は、第一実施形態の第一フィルタ更新部５７の更新処理とほぼ同様であるため、説明を省略する。

また、第二フィルタ更新部１５９により、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第一仮想誤差ｅh_rをゼロにするように第二経路用適応フィルタＤ_rを更新する。具体的には、第二フィルタ更新部１５９は、参照信号ｒおよび第一仮想誤差ｅh_rに基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより、第二経路用適応フィルタＤ_rを更新する。この更新処理は、第一実施形態の第二フィルタ更新部５８の更新処理とほぼ同様であるため、説明を省略する。

さらに、制御信号用フィルタ更新部１６０により、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第二仮想誤差ｅh_vをゼロにするように制御信号用適応フィルタＣを更新する。具体的には、制御信号用フィルタ更新部１６０は、第三仮想信号ｓおよび第二仮想誤差ｅh_vに基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより、制御信号用適応フィルタＣを更新する。この更新処理は、第一実施形態の制御信号用フィルタ更新部５９の更新処理とほぼ同様であるため、説明を省略する。

本実施形態によれば、第一変換フィルタＷ１が、Ｇ_v２／Ｇ_r２に対応するフィルタであり、第二変換フィルタＷ２が、Ｗ_v／Ｗ_rに対応するフィルタである。このように、第一変換フィルタＷ１と第二変換フィルタＷ２をそれぞれ設定することにより、Ｗ_v／Ｗ_r＝Ｇ_v２／Ｇ_r２でない場合であっても、確実に消音評価位置１０における騒音を低減できる。

ここで、第二変換フィルタＷ２のゲインおよび位相を変化させたシミュレーションを行った。その結果、第二変換フィルタＷ２のゲインの誤差が大きくなりすぎると、消音評価位置１０における騒音は大きくなる傾向にあり、また第二変換フィルタＷ２の位相の誤差が大きくなりすぎた場合にも、消音評価位置１０における騒音が大きくなる傾向にあった。つまり、第一変換フィルタＷ１および第二変換フィルタＷ２を調整することで、第二実施形態の処理であっても、消音評価位置１０における騒音の低減効果が見られることが分かった。従って、本実施形態によれば、低減対象音ｘにおける誤差検出位置から消音評価位置１０までの伝達関数と制御音における誤差検出位置から消音評価位置１０までの伝達関数とが一致しない場合であっても、確実に消音評価位置における騒音を低減できる。

１：外壁面、 ２：リクライニングチェア、 ３：居住者、 ３ａ：眼鏡、 ４：自動車
１０：消音評価位置、 ２０：参照マイク、 ３０：スピーカー、 ４０：誤差マイク
５０：コントローラ、 ５１：制御信号生成部、 ５２：変換仮想誤差算出部
５３：第一仮想信号生成部、 ５４：第二仮想信号生成部、 ５５：第三仮想信号生成部
５６：第四仮想信号生成部、 ５７：第一フィルタ更新部、 ５８：第二フィルタ更新部
５９：制御信号用フィルタ更新部、 ６０：第一仮想誤差算出部
６１：第二仮想誤差算出部
１５０：コントローラ、 １５２：第一仮想信号生成部、 １５３：第二仮想信号生成部
１５４：第一変換仮想信号算出部、 １５５：第三仮想信号生成部
１５６：第四仮想信号生成部、 １５７：第二変換仮想信号算出部
１５８：第一フィルタ更新部、 １５９：第二フィルタ更新部
１６０：制御信号用フィルタ更新部、 １６１：第一仮想誤差算出部
１６２：第二仮想誤差算出部

Claims (6)

1. 誤差検出位置とは異なる消音評価位置において、音源から発生された低減対象音を能動的に低減する能動型消音装置であって、
   前記低減対象音を検出して参照信号を生成する参照信号生成部と、
   前記参照信号を制御信号用適応フィルタによって信号処理することにより制御信号を生成する制御信号生成部と、
   前記制御信号生成部により生成された前記制御信号に応じた制御音を発生する制御音発生装置と、
   前記誤差検出位置に配置され、前記誤差検出位置において前記制御音発生装置により発生された前記制御音と前記音源により発生された前記低減対象音との干渉による実誤差を検出する誤差マイクと、
   前記参照信号、前記実誤差および仮想適応フィルタに基づいて第一仮想誤差を算出する第一仮想誤差算出部と、
   前記第一仮想誤差をゼロにするように、前記仮想適応フィルタを更新する仮想適応フィルタ更新部と、
   前記参照信号、前記仮想適応フィルタおよび前記制御信号用適応フィルタに基づいて前記消音評価位置における誤差としての第二仮想誤差を算出する第二仮想誤差算出部と、
   前記第二仮想誤差をゼロにするように、前記制御信号用適応フィルタを更新する制御信号用適応フィルタ更新部と、
   を備える能動型消音装置。
2. 請求項１において、
   前記能動型消音装置は、
   前記制御信号を第一経路用適応フィルタによって信号処理することにより第一仮想信号を生成する第一仮想信号生成部と、
   前記参照信号を第二経路用適応フィルタによって信号処理することにより第二仮想信号を生成する第二仮想信号生成部と、
   前記参照信号を前記第一経路用適応フィルタによって信号処理することにより第三仮想信号を生成する第三仮想信号生成部と、
   前記第三仮想信号を前記制御信号用適応フィルタによって信号処理することにより第四仮想信号を生成する第四仮想信号生成部と、
   を備え、
   前記第一仮想誤差算出部は、前記誤差マイクにより検出される実誤差、前記第一仮想信号および前記第二仮想信号に基づいて、前記第一仮想誤差を算出し、
   前記第二仮想誤差算出部は、前記第二仮想信号および前記第四仮想信号に基づいて、前記第二仮想誤差を算出し、
   前記仮想適応フィルタ更新部は、
   前記制御信号および前記第一仮想誤差に基づいて、前記第一仮想誤差をゼロにするように前記第一経路用適応フィルタを更新する第一フィルタ更新部と、
   前記参照信号および前記第一仮想誤差に基づいて、前記第一仮想誤差をゼロにするように前記第二経路用適応フィルタを更新する第二フィルタ更新部と、
   を備え、
   前記制御信号用フィルタ更新部は、前記第三仮想信号および前記第二仮想誤差に基づいて、前記第二仮想誤差をゼロにするように前記制御信号用フィルタを更新する能動型消音装置。
3. 請求項２において、
   前記能動型消音装置は、前記実誤差を予め設定された変換フィルタによって信号処理することにより変換仮想誤差を算出する変換仮想誤差算出部をさらに備え、
   前記第一仮想誤差算出部は、前記変換仮想誤差、前記第一仮想信号および前記第二仮想信号に基づいて前記第一仮想誤差を算出する能動型消音装置。
4. 請求項２において、
   前記第三仮想信号生成部は、前記参照信号を前記第一経路用適応フィルタおよび予め設定された第一変換フィルタによって信号処理することにより前記第三仮想信号を生成し、
   前記能動型消音装置は、前記第二仮想信号を予め設定された第二変換フィルタによって信号処理することにより第二変換仮想信号を生成する第二変換仮想信号生成部をさらに備え、
   前記第二仮想誤差算出部は、前記第二変換仮想信号および前記第四仮想信号に基づいて、前記第二仮想誤差を算出する能動型消音装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項において、
   前記誤差マイクは、前記消音評価位置に対して固定した位置に設置し、前記制御音発生装置に対して相対的に移動可能な位置に設置する能動型消音装置。
6. 請求項５において、
   前記消音評価位置は、人間の耳元であり、
   前記誤差マイクは、当該人間の頭部または首部に身につける物に装着される能動型消音装置。
   

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