JP2014174347A - 能動消音装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御処理部の適応的な制御性能を良好に維持する能動消音装置を提供すること。
【解決手段】第１のマイクは、制御対象音を拾い参照信号として生成する。第２のマイクは、制御対象音、第１、第２の制御音を拾い、それらの合成音圧に応じた信号を制御後信号として生成する。第１、第２のスピーカは、それぞれ、第１、第２の制御音を音出力する。第１の制御処理部は、参照信号に基づいて、第１の制御音を指令するための信号である第１の指令信号を生成する。第２の制御処理部は、参照信号に基づいて、第２の制御音を指令するための信号である第２の指令信号を生成する。第１の更新処理部は、制御後信号を時々刻々小さく保つように第１の制御処理部にはたらきかけて該第１の制御処理部の特性を更新的に調整する。第２の更新処理部は、制御後信号を時々刻々小さく保つように第２の制御処理部にはたらきかけて該第１の制御処理部の特性を更新的に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、音源と逆位相の信号を人為的に生成して音源が発する音を打ち消す能動消音装置および方法に関する。

吸音材などのパッシブな騒音対策が効果的でない環境下において低周波騒音を低減する仕組みとして、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ：active noise control）が知られている。ＡＮＣは、騒音と同振幅で逆位相の信号を人為的に作成して制御スピーカから出力することにより、当該騒音を打ち消すことを可能にするものである。ＡＮＣは、自動車などにおけるロードノイズを低減する機器や、医療機器が発生する騒音を低減する機器、ノイズキャンセルイヤホンなどに適用されている。

ＡＮＣの基本手法としては、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと呼ばれるものが知られている。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘは、騒音を打ち消す信号を出力する制御スピーカと、当該制御スピーカが出力する信号（音）を制御する制御処理部とを備え、さらに、当該騒音および制御スピーカの発した信号音を受けてこれを低レベルに抑えるように制御処理部を適応的に変化させる仕組みの入力部として誤差マイクを備えている。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘの手法では、原理上、制御スピーカと誤差マイクとの間の空間特性を同定（二次経路同定）する必要があるが、高残響下では反射波の影響を強く受けるため、二次経路に特性としてノッチなどの高減衰帯域が生じることがある。

制御処理部は、典型的に、二次経路特性の逆フィルタ特性を含むことになるから、当該二次経路にその特性としてノッチなどの高減衰帯域が含まれると、制御処理部は共振特性を有してしまう。その結果、制御処理部の適応更新に影響を与えることになり、特に高残響下においては、制御処理部の適応的な制御性能が低下する原因となる。

特開平７−１３４５９０号公報 特開２００６−１３８１３０号公報

本発明は、二次経路にその特性としてノッチなどの高減衰帯域が含まれる場合であっても、制御処理部の適応的な制御性能を良好に維持することができる能動消音装置および方法を提供することを目的とする。

実施形態の能動消音装置は、第１のマイクと、第２のマイクと、第１のスピーカと、第２のスピーカと、第１の制御処理部と、第２の制御処理部と、第１の更新処理部と、第２の更新処理部とを持つ。

第１のマイクは、制御対象音を拾い該制御対象音に応じた信号を該制御対象音の参照信号として生成する。第２のマイクは、前記制御対象音に加え、該制御対象音を抑圧するための制御音である第１の制御音、および該制御対象音を抑圧するための、前記第１の制御音とは別の制御音である第２の制御音を拾い、該制御対象音、該第１の制御音、該第２の制御音の合成音圧に応じた信号を、前記制御対象音の該第１、第２の制御音による制御後信号として生成する。第１のスピーカは、前記第１の制御音を音出力する。第２のスピーカは、前記第２の制御音を音出力する。

また、第１の制御処理部は、前記参照信号が入力され、該参照信号に基づいて、前記第１のスピーカが出力すべき前記第１の制御音を指令するための信号である第１の指令信号を生成する。第２の制御処理部は、前記参照信号が入力され、該参照信号に基づいて、前記第２のスピーカが出力すべき前記第２の制御音を指令するための信号である第２の指令信号を生成する。第１の更新処理部は、前記制御後信号に基づいて、該制御後信号を時々刻々小さく保つべく前記第１の制御処理部の出力である前記第１の指令信号を更新的に変化させるように前記第１の制御処理部にはたらきかけて該第１の制御処理部の特性を更新的に調整する。第２の更新処理部は、前記制御後信号に基づいて、該制御後信号を時々刻々小さく保つべく前記第２の制御処理部の出力である前記第２の指令信号を更新的に変化させるように前記第２の制御処理部にはたらきかけて該第２の制御処理部の特性を更新的に調整する。

実施形態の能動消音装置の概念を示す図。 実施形態の能動消音装置の構成を示すブロック線図。 実施形態の能動消音装置に関する、その準備から使用までの手順を示すフローチャート。 実施形態の能動消音装置における第１の二次経路特性の同定を行うためのブロック線図。 実施形態の能動消音装置における第２の二次経路特性の同定を行うためのブロック線図。 実施形態の能動消音装置の具体的な実装例を示す図。 図６に示す具体例における、第１制御スピーカを含む経路の特性（周波数特性）、および第２制御スピーカを含む経路の特性（周波数特性）を示す図。 図６に示す具体例における第１制御スピーカを含む経路の特性（インパルス応答）を示す図。 図６に示す具体例における第２制御スピーカを含む経路の特性（インパルス応答）を示す図。 図６に示す具体例における、制御オフ時の制御後信号を示す波形図（比較例）。 図６に示す具体例における、制御オン時の制御後信号を示す波形図。 図６に示す具体例における、第１制御スピーカを含む経路のみ制御オンとした時の制御後信号を示す波形図（比較例）。 図６に示す具体例における、制御オフ時、制御オン時、第１制御スピーカを含む経路のみ制御オンとした時それぞれでの、制御後信号の周波数成分を比較して示すスペクトラム図。 図６に示した具体例における、第１の制御処理部の周波数特性を示す図。 図６に示した具体例における、第２の制御処理部の周波数特性を示す図。 図６に示す具体例における、第１制御スピーカを含む経路の特性（周波数特性）、および第１制御スピーカを含む経路のみ制御オンとした時の第１の制御処理部の周波数特性を示す図（比較例）。

以上を踏まえ、以下では実施形態の能動消音装置を図面を参照しながら説明する。一般に、騒音源を打ち消す音信号を発する制御スピーカと騒音源の音および当該制御スピーカが発する音を受ける誤差マイク（第２のマイク）とを有する能動消音装置では、制御スピーカが発する音の反射波の影響により、制御スピーカから誤差マイクまでの間の空間特性にノッチなどの高減衰帯域や共振帯域を生じる可能性がある。当該空間特性にノッチなどの高減衰帯域が生ずると、制御処理部に共振特性が生じて制御処理部の適応更新に影響を与えるおそれがある。

そこで、実施形態の能動消音装置では、制御スピーカを２つ以上用意し、各制御スピーカに指令を出す制御処理部を同時に更新することにより、反射波による影響を低減し制御処理部の適応更新における悪影響を低減させる。これにより、制御処理部の適応更新において局所最適にとどまる可能性が低減され、制御効果の増大を実現することができる。

（第１の実施形態の構成）
図１に示すように、実施形態に係る能動消音装置１は、参照マイクＭＩＣｒ（第１のマイク）と、処理部と、複数の制御スピーカとを具備している。図１に示す例では、能動消音装置１は、２つの制御スピーカ、例えば特性Ｇ_ｓ１をもつ第１制御スピーカ（第１のスピーカ）と、特性Ｇ_ｓ２をもつ第２制御スピーカ（第２のスピーカ）とを有している。

図１に示すように、参照マイクＭＩＣｒは、経路特性Ｇ_２をもつ経路２０を経た騒音源ｓの音（制御対象音）を拾う。能動消音装置１の処理部は、参照マイクＭＩＣｒが受けた音信号に基づいて２つの指令信号を生成し、それぞれ第１および第２制御スピーカを駆動する。誤差マイクＭＩＣｅ（第２のマイク）は、経路特性Ｇ_１をもつ経路１０を経て届く騒音源ｓからの音、経路特性Ｇ_ｅ１をもつ経路３１を経て届く第１制御スピーカからの音、および、経路特性Ｇ_ｅ２をもつ経路３２を経て届く第２制御スピーカからの音を拾う。これにより合成された３つの音（制御後信号）に基づいて、この制御後信号を時々刻々小さく保つように処理部が動作し２つの指令信号を更新的に変化させる。なお、第１制御スピーカおよび第２制御スピーカが発する音は、参照マイクＭＩＣｒにも届くから、ハウリングが発生する。そのため、能動消音装置１に、かかるハウリングを相殺する機能を持たせてもよい。

ここで、第１制御スピーカ入力から誤差マイクまでの特性（Ｇ_ｓ１およびＧ_ｅ１）と、第２制御スピーカ入力から誤差マイクまでの特性（Ｇ_ｓ２およびＧ_ｅ２）とが、それぞれ異なる特性となるように第１制御スピーカ、第２制御スピーカ、および誤差マイクが配置される。具体的には、第１および第２制御スピーカの特性Ｇ_ｓ１、Ｇ_ｓ２を異なるものとしたり、第１および第２制御スピーカを参照マイクに対して非対称な配置として経路特性Ｇ_ｅ１、Ｇ_ｅ２を異なるものとしたり、あるいはこれらを組み合わせたりすることができる。これにより、第１制御スピーカから誤差マイクまでの音に関する伝達特性が示す高減衰帯域が、第２制御スピーカから誤差マイクまでの音に関する伝達特性が示す高減衰帯域に重ならないようにする。

この実施形態の能動消音装置によれば、騒音源の音を打ち消す音信号を発する制御スピーカを複数用意し、制御スピーカそれぞれから誤差マイクまでの経路特性を制御スピーカごとに異なるように構成している。かかる構成により、仮に一の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性にノッチがあり制御困難になる周波数帯域が存在したとしても、他の制御スピーカから誤差マイクまでの経路における周波数特性がこれとは異なるため、一方が他方を補完して処理部の適応更新を正しく行うことができる。すなわち、処理部の収束速度を速め、さらに処理部の特性を向上することができる。

続いて、図２を参照して実施形態の能動消音装置１の構成をより詳細に説明する。図２に示すように、実施形態の能動消音装置１は、経路２０を経た騒音源ｓの音を拾う参照マイク１００と、参照マイク１００が受けた音を用いて騒音源ｓの音を相殺する音信号を指令するための指令信号を生成する第１の制御処理部１０８と、第１の制御処理部１０８により生成された指令信号に基づいて音（制御音）を出力する第１制御スピーカ１１６と、参照マイク１００が受けた音を用いて騒音源ｓの音を相殺するもうひとつの音信号を指令するための指令信号を生成する第２の制御処理部１０９と、第１の制御処理部１０９により生成された指令信号に基づいて音（制御音）を出力する第２制御スピーカ１２６と、騒音源ｓの音と第１および第２制御スピーカ１１６、１２６が発した音とを拾う誤差マイク１３２とを有している。

参照マイク１００と第１、第２の制御処理部１０８、１０９との間には、参照マイク１００が受けた音の信号の折り返し周波数以下を通過させる第１フィルタ１０２（フィルタＦ１）と、第１フィルタ１０２を通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０４（ＡＤＣ１０４）とが配設されている。ＡＤＣ１０４によりデジタル化された音信号は第１、第２の制御処理部１０８、１０９に送られる。制御処理部１０８、１０９は、外部から更新的に調整可能な特性Ｋを有しており、上記のように、騒音源ｓが発する音信号を打ち消すための指令信号を生成する。

制御処理部１０８と第１制御スピーカ１１６との間には、制御処理部１０８の出力をアナログに変換するＤ／Ａ変換器１１２（ＤＡＣ１１２）と、第１制御スピーカ１１６を保護する第２フィルタ１１４（フィルタＦ２）とが配設されている。制御処理部１０８から出力される指令信号は、ＤＡＣ１１２によりアナログ信号に変換され、第２フィルタ１１４を経て第１制御スピーカ１１６に送られる。

同様に、制御処理部１０９と第２制御スピーカ１２６との間には、制御処理部１０９の出力をアナログに変換するＤ／Ａ変換器１２２（ＤＡＣ１２２）と、第２制御スピーカ１２６を保護する第２フィルタ１２４（フィルタＦ２）とが配設されている。制御処理部１０９から出力される指令信号は、ＤＡＣ１２２によりアナログ信号に変換され、第２フィルタ１２４を経て第２制御スピーカ１２６に送られる。

制御処理部１０８から第１制御スピーカ１１６までの構成と、制御処理部１０９から第２制御スピーカ１２６までの構成は、それぞれ対応し共通の構成を有している。ただし、前述の通り、第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１と第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２とは、異なる特性となるように構成されている。なお、第１制御スピーカ１１６の特性Ｇ_ｓ１と第２制御スピーカ１２６の特性Ｇ_ｓ２とを異なる特性としてもよい。

さらに、この実施形態の能動消音装置１は、誤差マイク１３２が受けた音の信号の折り返し周波数以下を通過させる第３フィルタ１３４（フィルタＦ３）と、第３フィルタ１３４を通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３６（ＡＤＣ１３６）と、ＤＡＣ１１２の入力側（第１の指令信号）からＡＤＣ１３６の出力側（便宜的に制御後信号と考える）までの伝達特性を模した特性を有するフィルタ１４０と、ＤＡＣ１２２の入力側（第２の指令信号）からＡＤＣ１３６の出力側（便宜的に制御後信号と考える）までの伝達特性を模した特性を有するフィルタ１４１とを有している。

そして、フィルタ１４０にＡＤＣ１０４の出力（便宜的に参照信号と考える）が入力され、この参照信号がフィルタ１４０を通った後の信号とＡＤＣ１３６の出力信号とを用いて、ＬＭＳ（least mean square）演算部１５０が第１の制御処理部１０８にはたらきかけ第１の制御処理部１０８の特性を更新的に調整する。これにより、第１の制御部１０８の出力である第１の指令信号は更新的に変化し、制御後信号が時々刻々小さく保たれる。同様に、フィルタ１４１にも参照信号が入力され、参照信号がフィルタ１４１を通った後の信号とＡＤＣ１３６の出力信号とを用いて、ＬＭＳ演算部１５０が第２の制御処理部１０９にはたらきかけ第２の制御処理部１０９の特性を更新的に調整する。これにより、第２の制御部１０９の出力である第２の指令信号は更新的に変化し、制御後信号が時々刻々小さく保たれる。つまり、ＬＳＭ演算部１５０は、第１の更新処理部および第２の更新処理部の機能を有する。

フィルタ１４０、１４１は、それぞれ、上記のように、制御処理部１０８、１０９の出力側から誤差マイク１３２を経てＡＤＣ１３６の出力側までの経路の特性を模した特性のフィルタである。ＬＭＳ演算部１５０は、当該経路特性を模したフィルタ１４０、１４１の出力信号と、ＡＤＣ１３６の出力信号とを用いて、後者の出力信号が時々刻々小さく保たれるように制御処理部１０８、１０９の特性を更新的に調整する。このとき、誤差マイク１３２は、特性Ｇ１の経路１０を経て届いた音と、特性Ｇ_ｅ１の経路３１を経て届いた音と、特性Ｇ_ｅ２の経路３２を経て届いた音とを合成しているから、ＬＭＳ演算部１５０および制御処理部１０８、１０９は、互いに協働して誤差マイク１３２の入力（および出力）においてこれら３つの音が互いに打ち消されるように動作する。

ここで、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６から出力された音は、実際にはマイク１００にも到達し得る。これはハウリングを発生させる。そこで、この悪影響を取り除くための構成を付加することもできる（不図示）。そのためには、制御処理部１０８、１０９の出力信号をそれぞれ遅延させる遅延要素（Ｚ^−１）を設け、遅延された信号をハウリング経路の特性を模した特性をもつハウリングフィルタに通し、その出力をＡＤＣ１０４の出力側にフィードバックするように構成する。これにより、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６からマイク１００までの経路により発生するハウリングを防ぐことができる。

（実施形態の動作）
騒音源ｓからの音は、特性Ｇ２の経路２０を経て参照マイク１００に到達する。第１フィルタ１０２は、参照マイク１００が受け取った音信号をアンチエイリアス処理し、ＡＤＣ１０４は、第１フィルタ１０２を通過した音信号をデジタル信号に変換する。このデジタルの音信号は、制御処理部１０８、１０９およびフィルタ１４０、１４１に向けて出力される。

制御処理部１０８は、入力された音信号を演算して演算結果を指令信号として出力する。この指令信号は、ＤＡＣ１１２、第２フィルタ１１４を経て第１制御スピーカ１１６から音として出力される。同様に、制御処理部１０９は、入力された音信号を演算して演算結果をもう１つの指令信号として出力する。この指令信号は、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４を経て第２制御スピーカ１２６から音として出力される。

誤差マイク１３２は、特性Ｇ１の経路１０を経て到達する騒音源ｓの音、特性Ｇ_ｅ１の経路３１を経て到達する第１制御スピーカ１１６が出力した音、および、特性Ｇ_ｅ２の経路３２を経て到達する第２制御スピーカ１２６が出力した音を受け取って電気信号に変換する。誤差マイク１３２が出力した音信号は、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６を経てＬＭＳ演算部１５０に送られる。

演算部１５０は、フィルタ１４０、１４１を経て送られる信号のそれぞれと、ＡＤＣ１３６から送られる信号とを最小二乗法演算し、演算結果に基づいて制御処理部１０８、１０９の特性Ｋ１、Ｋ２を更新的に調整する。すなわち、ＡＤＣ１３６から送られる信号（制御後信号）を時々刻々小さく保つべく、制御処理部１０８、１０９の出力である指令信号を更新的に変化させるように制御処理部１０８、１０９にはたらきかけて制御処理部１０８、１０９の特性を更新的に調整する。

より具体的には、下に示す式に基づき、指令信号が更新されるようにすることができる。

ここで、添え字ｉは、i個目の制御スピーカに関するパラメータを示す（ｉ＝１，２）。θ_ｋｉは、ｉ個目の制御処理部の伝達特性ＫｉをＦＩＲ（finite impulse response）表現したものである。ｅは、ＡＤＣ１３６の出力信号である。Φiは、参照信号をi個目の二次経路に通した信号系列（フィルタ１４０、１４１の出力信号）である。αiは、i個目の制御処理部を更新的に変化させるに際して、変化の度合いを調整するための定数（各制御スピーカおよび各二次経路に関するステップサイズ）である。 このステップサイズは各二次経路に対する適応更新の重み付けとなる。例えば、ノッチ特性が多い二次経路があるとするとこれに対応するステップサイズを相対的に小さくして、他の経路の補助役として用いることができる。このため、ステップサイズは、設定可能としておくと有用である。なお、βｃは固定の定数である。

この実施形態の能動消音装置１では、第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１と、第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２とが異なる特性になるように構成したので、仮に一方の経路、例えば特性Ｇ_ｅ１をもつ経路３１が反射波等の影響を受ける状況にあっても、異なる特性Ｇ_ｅ２をもつ経路３２により第２制御スピーカ１２６が音信号を発することができる。すなわち、経路に対応する制御処理部を個々に設けこれらを個々に同時に適応制御するようにしたので、一方の経路にノッチなどの高減衰帯域が含まれているとしても、他方の経路特性によって補うことができ、制御処理部１０８、１０９の適応制御を適切かつ迅速に行うことができる。

（能動消音装置１を構築する準備から使用まで）
続いて、図２ないし図５を参照して、実施形態の能動消音装置１を構築する準備から使用までの手順について説明する。図３に示すように、まず、構築場所において参照マイク１００、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６、および誤差マイク１３２の配置場所を決定する（図３ステップ５０。以下「Ｓ５０」のように称する。）。このとき、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６は、誤差マイク１３２に対して対称な位置に配置せず、各々の経路特性が異なるものとなるように配置する。２つの制御スピーカを誤差マイクに対して対称的に配置すると、それぞれの経路におけるノッチ特性が一致してしまい、互いに補完することができなくなるからである。

参照マイク、制御スピーカおよび誤差マイクを所望の位置に配置した後、制御スピーカごとに二次経路特性を同定する（Ｓ５１）。具体的には、まず図４に示すように、ｕ１点からｅ点の経路について、ＤＡＣ１１２、第２フィルタ１１４、第１制御スピーカ１１６、誤差マイク１３２のｅ点、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６、ＬＭＳ演算部１５１の経路の回路を構築し、ＬＭＳ演算部１５１と並列にフィルタ１４０を設ける。そして、ＬＭＳ演算部１５１を働かせ、ＬＭＳ演算部１５１の両入力を用いてフィルタ１４０を設定することにより、フィルタ１４０の特性は、ｕ１点からＡＤＣ１３６の出力までの特性を模したものになる（これを以下特性ｇ１という）。

同様に、図５に示すように、ｕ２点からｅ点の経路について、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４、第２制御スピーカ１２６、誤差マイク１３２のｅ点、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６、ＬＭＳ演算部１５２の経路の回路を構築し、ＬＭＳ演算部１５２と並列にフィルタ１４１を設ける。そして、ＬＭＳ演算部１５２を働かせ、ＬＭＳ演算部１５２の両入力を用いてフィルタ１４１を設定することにより、フィルタ１４１の特性は、ｕ２点からＡＤＣ１３６の出力までの特性を模したものになる（これを以下特性ｇ２という）。これらの特性ｇ１およびｇ２は、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６および誤差マイク１３２の位置関係を反映したものとなる。

ここで、二次経路同定およびＡＮＣ動作に際して、第３フィルタ１３４にアンチエイリアス処理の特性以外に制御帯域調整用の特性を加えるようにしてもよい。また、二次経路同定には、ＬＭＳ演算部１５１、１５２を用いる方法に代えて、ＴＳＰ（time stretched pulse）同定による方法を用いてもよく、これによってもフィルタ１４０、１４１を設定することができる。

二次経路を同定したフィルタ１４０、１４１が得られた後、図２に示す回路構成を構築してＡＮＣ動作を開始する（Ｓ５２）。フィルタ１４０には特性ｇ１が設定されており、フィルタ１４１には、特性ｇ２が設定されている。

（動作原理）
図２において、従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ手法の構成、すなわち図２に示す構成から第２の制御処理部１０９、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４、第２制御スピーカ１２６、およびフィルタ１４１を除いた構成の動作について説明する。理想的な制御処理部１０８の特性Ｋは、数式２にて表すことができる。

ここで、Ｇ１は経路１０の経路特性、Ｇ２は経路２０の経路特性、Ｆ１は第１フィルタ１０２の特性、Ｇ_Ａ／ＤはＡＤＣ１０４の特性、Ｇ_Ｄ／ＡはＤＡＣ１１２の特性、Ｆ２は第２フィルタ１１４の特性、Ｇ_ｓ１は第１制御スピーカ１１６の特性、Ｇ_ｅ１は第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性である。

また、二次経路特性Ｃは、数式３にて表すことができる。

数式３を数式２に当てはめると、特性Ｋは数式４のようになる。

すなわち、二次経路特性Ｃが制御処理部の特性Ｋの分母に含まれることがわかる。したがって、例えば二次経路特性にノッチ特性がある場合には、制御処理部の特性が理想的であっても共振特性が生じ得ることになる。一般に制御処理部はその特性が適応的に更新されるため、実際にはＦＩＲフィルタで構築できないような鋭い共振が発生することはないと考えられるが、その場合でも局所最適解に収束することになるから、本来収束すべき特性を得ることができない。

実施形態の能動消音装置１では、経路特性の異なる制御スピーカを複数設けることにより、仮に１つの制御スピーカを含む経路にノッチのような高減衰帯域が含まれていたとしても、他の制御スピーカの経路特性がそれを補完することが可能になる。このことから各制御処理部の理想的な特性において共振特性が生じなくなり、制御処理部の収束速度が速まり、さらに制御効果が向上する。

（具体例）
続いて、図６〜図１２を参照して、実施形態に係る能動消音装置の具体例について説明する。図６に示すように、０．４ｍ×０．４ｍ×０．４ｍの立方体形状のケース１６０をアクリル板で作成し、騒音源１６２、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６、参照マイク１００、および、誤差マイク１３２を配置した。図６に示すように、騒音源１６２と誤差マイク１３２は、ケース１６０の平面方向の概ね対角線上に位置し、それぞれ壁ｃに沿ってｙ軸方向に寄せた位置および壁ａと壁ｂとが交わる角部に配置した。参照マイク１００は、騒音源１６２の音の出口近傍に配置した。第１制御スピーカ１１６は、誤差マイク１３２から−ｘ方向に０．１ｍ、ｙ方向に０．０４ｍ、ｚ方向に０．２ｍの位置に、音の出口を壁ａに向けて配置した。第２制御スピーカ１２６は、誤差マイク１３２から−ｘ方向に０．０４ｍ、ｙ方向に０．２ｍの位置に、音の出口を壁ｂに向けて配置した。

すなわち、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６は、誤差マイク１３２を基準に非対称の位置関係に配置され、かつ音の出口方向も異なる方向に向けられている。また、騒音源１６２の後方の壁ｃには吸音材を配設した。

かかる条件下において、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６それぞれから誤差マイク１３２を経てＡＤＣ１３６の出力側までの二次経路特性（なお、第３フィルタ１３４は４ｋＨｚのＬＰＦとした）を測定したところ、図７Ａ〜図７Ｃに示す特性が得られた。図７Ａに示すように、第１制御スピーカ１１６に係る経路特性と第２制御スピーカ１２６に係る経路特性とは、互いに異なるものとなっている。例えば、図７Ａの１０００Ｈｚ以上の領域において、第２制御スピーカ１２６に係る経路特性はノッチ特性（利得が減少するピーク）が観察されるが、その周波数における第１制御スピーカ１１６に係る経路特性では利得が大きくなるピークとなっており、互いに補完し得る特性が得られたことがわかる。

そして、図７Ｂに示す第１制御スピーカ１１６に係る経路のインパルス応答と図７Ｃに示す第２制御スピーカ１２６に係る経路のインパルス応答とを見ると、試験環境が残響を有する環境であることが示されている。

なお、参照マイクと誤差マイク間の特性を遅れ成分のみからなるものとした（(0,…,a,…0)）。その遅れのタップ数は５０タップとし、ａ＝０．５とした。この設定は平面波などで生じる現象のため特別な設定ではない。騒音信号は、白色ノイズに1500HzのLPF信号を通したものとした。また、第１の更新処理部（制御処理部Ｋ１に対応）に対するα１を０．００００５、第２の更新処理部（制御処理部Ｋ２に対応）に対するα２を０．００００５とし、同じ値を用いた。以上の設定のもとシミュレーションを行った（サンプリング周波数は１０ｋＨｚとした）。

図８Ａ〜図８Ｃ、図９に最終的な制御結果を比較例とともに示す。図８Ａは、制御をオフとした場合の誤差マイクで拾われた音信号の波形である（比較例）。これに対して、図８Ｂは、上記で説明した実施形態における誤差マイクで拾われた音信号の波形である。さらに、図８Ｃは、第１制御スピーカ１１６に係る経路のみを用いた構成の場合（従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘシステムと等価）の、誤差マイクで拾われた音信号の波形である（比較例）。これらを比較すると、収束速度、最終的な低減効果ともに実施形態のものが優れていることがわかる。

さらに、図９に、図８Ａ〜図８Ｃのそれぞれに対応する定常状態（9‐10s区間）での周波数成分の比較を示す（１／３オクターブ解析）。この結果からも実施形態の装置が性能面で優れていることがわかる。

また、図１０、図１１に、実施形態において構成された制御処理部（K1, K2）の周波数特性を示す。図１０、図１１より、二次経路特性（図７Ａを参照）におけるお互いのノッチ特性を周波数帯域上で補い合っていることがわかる。具体的には二次経路のゲインが低い周波数帯域において制御処理部でゲインが高まらず、抑えられていることがわかる。図１２は、制御スピーカ１のみを用いた場合の、２次経路の周波数特性および制御処理部の周波数特性を示しているが、制御処理部の特性において、ノッチの周波数帯域で図１０に比べ制御処理部のゲインが高くなっていることがわかる。このためこれ以上この帯域の共振特性を鋭くできず更新途中で定常状態に達してしまっていると言える。

以上実施形態について説明したが、この実施形態は、図２を見て分かるように、騒音を参照マイクで取得した信号をもとに、騒音と同振幅で逆位相の信号を人為的に作成して制御スピーカから出力し当該騒音を打ち消すフィードフォワード構成になっている。騒音を打ち消すための構成としては、参照マイクを用いないフィードバック構成も考えられる。その場合であっても、上記で説明したように、２つの二次経路を設けそのそれぞれが含む制御処理部を個々に同時に適応的に制御する構成は有用と考えられる。

また、実施形態においては、二次経路として２つの場合を説明したが、当然ながら、３つまたはそれ以上の二次経路を持つ構成としてもよい。その場合には、二次経路の数に応じて制御処理部１０８、１０９および二次経路同定フィルタ１４０、１４１の数を増加させる。このようすれば、ノッチのような高減衰帯域をカバーする能力が増大する。

また、実施形態においては、制御処理部の特性を調整する仕組みとしてＬＭＳ演算部を用いるとして説明を行ったが、この調整のためには、これに限らず例えばＦＴＦ（fast transversal filter）を用いることができる。すなわち、調整のアルゴリズムとしては、ＬＭＳには限られない。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…能動消音装置、１００…参照マイク（第１のマイク）、１０２…第１フィルタ、１０４…ＡＤＣ、１０８，１０９…制御処理部、１１０…第１再生フィルタ、１１２，１２２…ＤＡＣ、１１４，１２４…第２フィルタ、１１６…第１制御スピーカ（第１のスピーカ）、１２６…第２制御スピーカ（第２のスピーカ）、１３２…誤差マイク（第２のマイク）、１３４…第３フィルタ、１３６…ＡＤＣ、１４０，１４１…二次経路同定フィルタ、１５０…ＬＭＳ演算部。

Claims (5)

1. 制御対象音を拾い該制御対象音に応じた信号を該制御対象音の参照信号として生成する第１のマイクと、
   前記制御対象音に加え、該制御対象音を抑圧するための制御音である第１の制御音、および該制御対象音を抑圧するための、前記第１の制御音とは別の制御音である第２の制御音を拾い、該制御対象音、該第１の制御音、該第２の制御音の合成音圧に応じた信号を、前記制御対象音の該第１、第２の制御音による制御後信号として生成する第２のマイクと、
   前記第１の制御音を音出力する第１のスピーカと、
   前記第２の制御音を音出力する第２のスピーカと、
   前記参照信号が入力され、該参照信号に基づいて、前記第１のスピーカが出力すべき前記第１の制御音を指令するための信号である第１の指令信号を生成する第１の制御処理部と、
   前記参照信号が入力され、該参照信号に基づいて、前記第２のスピーカが出力すべき前記第２の制御音を指令するための信号である第２の指令信号を生成する第２の制御処理部と、
   前記制御後信号に基づいて、該制御後信号を時々刻々小さく保つべく前記第１の制御処理部の出力である前記第１の指令信号を更新的に変化させるように前記第１の制御処理部にはたらきかけて該第１の制御処理部の特性を更新的に調整する第１の更新処理部と、
   前記制御後信号に基づいて、該制御後信号を時々刻々小さく保つべく前記第２の制御処理部の出力である前記第２の指令信号を更新的に変化させるように前記第２の制御処理部にはたらきかけて該第２の制御処理部の特性を更新的に調整する第２の更新処理部と
   を具備する能動消音装置。
2. 前記第１の更新処理部が、前記第１の指令信号から前記制御後信号までの伝達特性を模した特性を有する第１のフィルタを含み、該第１のフィルタに前記参照信号が入力され、該参照信号が該第１のフィルタを通った後の信号と前記制御後信号とを用いて、前記制御後信号を小さくするように前記第１の制御処理部の特性を更新的に調整し、
   前記第２の更新処理部が、前記第２の指令信号から前記制御後信号までの伝達特性を模した特性を有する第２のフィルタを含み、該第２のフィルタに前記参照信号が入力され、該参照信号が該第２のフィルタを通った後の信号と前記制御後信号とを用いて、前記制御後信号を小さくするように前記第２の制御処理部の特性を更新的に調整する
   請求項１記載の装置。
3. 前記第１のスピーカから前記第２のマイクまでの音に関する伝達特性が示す高減衰帯域が、前記第２のスピーカから前記第２のマイクまでの音に関する伝達特性が示す高減衰帯域に重ならないように、前記第１のスピーカ、前記第２のスピーカ、および前記第２のマイクが配置されている請求項１記載の装置。
4. 前記第１の更新処理部が、前記第１の制御処理部が前記第１の指令信号を更新的に変化させるに際して、変化の度合いを調整するための定数である第１の定数を適用して該第１の指令信号を更新的に変化させるように、前記第１の制御処理部にはたらきかけて該第１の制御処理部の特性を更新的に調整する更新処理部であって、該第１の定数が設定可能にされており、
   前記第２の更新処理部が、前記第２の制御処理部が前記第２の指令信号を更新的に変化させるに際して、変化の度合いを調整するための定数である第２の定数を適用して該第２の指令信号を更新的に変化させるように、前記第２の制御処理部にはたらきかけて該第２の制御処理部の特性を更新的に調整する更新処理部であって、該第２の定数が設定可能にされている
   請求項１記載の装置。
5. 制御対象音を拾い該制御対象音に応じた信号を該制御対象音の参照信号として生成し、
   前記該制御対象音を抑圧するための制御音である第１の制御音を音出力し、
   前記該制御対象音を抑圧するための、前記第１の制御音とは別の制御音である制御音である第２の制御音を音出力し、
   前記制御対象音に加え、前記第１の制御音、および前記第２の制御音を拾い、該制御対象音、該第１の制御音、該第２の制御音の合成音圧に応じた信号を、前記制御対象音の該第１、第２の制御音による制御後信号として生成し、
   前記参照信号に基づいて、前記第１の制御音の出力を指令するための信号である第１の指令信号を第１の制御処理部で生成し、
   前記参照信号に基づいて、前記第２の制御音の出力を指令するための信号である第２の指令信号を第２の制御処理部で生成し、
   前記制御後信号に基づいて、該制御後信号を時々刻々小さく保つべく前記第１の指令信号を更新的に変化させるように前記第１の制御処理部にはたらきかけて該第１の制御処理部の特性を更新的に調整し、
   前記制御後信号に基づいて、該制御後信号を時々刻々小さく保つべく該第２の制御処理部の出力である前記第２の指令信号を更新的に変化させるように前記第２の制御処理部にはたらきかけて該第２の制御処理部の特性を更新的に調整する
   能動消音方法。

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