JP2014174348A - 消音装置および消音方法 - Google Patents

Abstract

【課題】参照マイクのマイクゲインを低く設定した場合であっても、フィルタが行う適応更新動作の制御効果が得られるまでの時間を短縮できる消音装置および消音方法を提供する。
【解決手段】消音装置は、第１マイク、変換部、第１乗算器、フィルタ、２次音源、第２マイク、フィルタ更新部を備える。第１マイクは主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する。変換部はアナログの制御対象音をデジタルの参照信号に変換する。第１乗算器はデジタルの参照信号に１よりも大きい第１係数を乗算する。フィルタは参照信号から制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する。２次音源は制御信号を制御音として発音する。第２マイクは制御対象音と制御音が合成された合成音を集音する。フィルタ更新部は合成音である誤差信号を最小にするようにフィルタを更新する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、消音装置および消音方法に関する。

騒音対策の技術の一つとして、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ：active noise control）などの能動消音技術が知られている。ＡＮＣは、騒音環境中に配置したマイクで騒音を取り込み、取り込んだ騒音と同振幅で逆位相の信号を生成して騒音環境中の制御スピーカから出力することで、当該騒音を打ち消すものである。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の従来の手法としては、例えばＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと直接法（Direct Adaptive Algorithm，DAA）の２つの手法が既に知られているが、いずれの手法も、騒音源からの伝播音を取得する参照マイクと、制御点における制御効果を評価するエラーマイクとを用い、参照マイクをエラーマイクに比べ騒音源に近づけて配置する必要がある。騒音源に近い側の参照マイクは、サチュレーション（音量レベルの超過）を引き起こしやすいため、予め参照マイクのマイクゲインを低く設定しておく必要がある。

特開２０１２−２４７７３８号公報

しかしながら、参照マイクのマイクゲインを低く設定した場合、参照マイクから出力される参照信号とエラーマイクから出力される誤差信号を用いてＡＮＣを行うように制御フィルタを構成すると、制御フィルタのゲインが全周波数帯域において高くなる。

この制御フィルタは、適応更新を随時行うことで誤差信号を収束させるように動作するが、ゲインが高いものほど収束するまでに通常よりも多くの時間を要する。また適応更新の際に誤りが生じた場合、誤りが修正されるまでに時間がかかる。つまり、参照マイクのマイクゲインを低く設定すると、制御効果が得られる定常状態に到達するまでに時間がかかるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、参照マイクのマイクゲインを低く設定した場合であっても、制御フィルタが行う適応更新動作の制御効果が得られるまでの時間を短縮することができる消音装置および消音方法を提供することにある。

実施形態の消音装置は、第１マイク、変換部、第１乗算器、フィルタ、２次音源、第２マイク、フィルタ更新部を備える。第１マイクは主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する参照用のものである。変換部は第１マイクから出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換する。第１乗算器は変換部により変換されたデジタルの参照信号に１よりも大きい第１係数を乗算する。フィルタは第１乗算器により第１係数が乗算された参照信号から、制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する。２次音源は制御信号を制御音として発音する。第２マイクは制御対象音と制御音が合成された合成音を集音する。フィルタ更新部は第２マイクにより集音された合成音である誤差信号を最小にするようにフィルタを更新する。

第１実施形態の能動消音装置（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘの構成）を示す図である。 第２実施形態の能動消音装置（直接法の構成）を示す図である。 ＦＩＲフィルタにおける二次経路のインパルス応答を示す特性図である。 二次経路における周波数とゲインの関係を示す特性図である。 制御対象の騒音（一例として打撃音）の波形を示す図である。 騒音を一定間隔で発生させた場合でＡＮＣをＯＦＦした実験結果（信号収束効果）を示す図である。 １つの乗算器を用い（スルー）、騒音を一定間隔で発生させた場合でＡＮＣをＯＮした実験結果（信号収束効果）を示す図である。 １つの乗算器を用い、騒音を一定間隔で発生させた場合でＡＮＣをＯＮ（ｋａ）した実験結果（信号収束効果）を示す図である。 実験結果（騒音の消音効果）を示す図である。 ２つの乗算器を用いた場合の実験結果（騒音の信号収束効果）を示す図である。 ２つの乗算器を用いた場合の実験結果（騒音の消音効果）を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は実施形態の能動消音装置（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ）の概要を示す図である。

図１に示すように、実施形態の能動消音装置は、第１マイクとしての参照マイク２、アンプ３、Ａ／Ｄ変換器４、第１乗算器としての乗算器５、更新機構２０、アンプ８、２次音源または制御スピーカとしてのスピーカ９、第２マイクまたは誤差マイクとしてのエラーマイク１０などを有する。更新機構２０は、フィルタまたは第１デジタルフィルタとしての適応フィルタ（Ｃ）６、第２デジタルフィルタとしてのフィルタ７、ＬＭＳ１２などを有する。ＬＭＳ１２は最小２乗平均（ＬＭＳ：Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いたフィルタ更新部である。

参照マイク２は、主音源としての騒音源１から発せられた制御対象音である騒音ｓを拾い、参照信号ｒを出力するものである。つまり参照マイク２は、騒音源１から発せられた騒音ｓを集音し参照信号として出力する参照用のマイクである。

騒音源１からエラーマイク１０までの音の伝送経路を主経路（第１経路）といい、この第１経路に対して、騒音源１から参照マイク２、乗算器５およびスピーカ９を経てエラーマイク１０に至る経路を第２経路と称す。

騒音源１から参照マイク２までの空間では騒音ｓは伝達特性Ｇ２により伝達される。アンプ３は、参照マイク２から出力された参照信号ｒ（集音されたアナログの制御対象音ｓ）を増幅するマイクアンプである。アンプ３のゲイン（マイクゲイン）をＨ１とする。

参照マイク２は、エラーマイク１０よりも騒音源１に近い位置に配置されているため、サチュレーション（音量レベルの超過）を引き起こしやすい。このため、予め参照マイク２のマイクゲイン（アンプ３のゲインＨ１）は低く設定されている。

Ａ／Ｄ変換器４および乗算器５は、アンプ３と適応フィルタ（Ｃ）６との間に介挿されている。Ａ／Ｄ変換器４は、参照マイク２により集音され、アンプ３を通じて入力された参照信号ｒ（アナログの音信号）をデジタルの参照信号に変換する。

乗算器５には、予め１よりも大きい値の第１係数ｋａが設定されている（１＜ｋａ）。第１係数ｋａに設定する「１よりも大きい値」としては、例えば参照信号と誤差信号の片振幅の比が５／３または２などの値とする。片振幅の比以外に、例えば周波数毎のゲインの比であってもよい。

また、ＡＮＣ制御を行っていない状況において、騒音から参照マイク、エラーマイク１０それぞれに到達する信号である、参照信号と誤差信号の片振幅（周波数ごとのゲインでもよい）の比が２：１から３：１程度となるように第１係数ｋａを設定する方法もある。

乗算器５は、Ａ／Ｄ変換器４により変換されたデジタルの参照信号に第１係数ｋａを乗算して加工参照信号r’を生成し適応フィルタ（Ｃ）６およびフィルタ７に出力する。

適応フィルタ（Ｃ）６は、加工参照信号ｒ’を入力として制御入力uを出力するフィルタであり、外部から更新することが可能である。

適応フィルタ（Ｃ）６は、乗算器５により第１係数が乗算された加工参照信号ｒ’を入力として騒音ｓを打ち消す制御音を発生するための制御信号uを生成しアンプ８へ出力する。エラーマイク１０において、制御信号uからの到来音は騒音ｓからの到来音の位相を１８０度回転させた信号である。すなわち適応フィルタ（Ｃ）６は、外部から更新可能な特性を有しており、騒音源１が発する騒音ｓの信号を打ち消す信号を生成する。

フィルタ７は、アンプ８のゲインＨ２、スピーカ９からエラーマイク１０までの二次経路の伝達特性Ｇ４、アンプ１１のゲインＨ３などを考慮した伝達特性（Ｈ３Ｇ４Ｈ２）を有するものである。つまりフィルタ７には、予め同定しておいた、スピーカ９からエラーマイク１０に至るアンプゲインを考慮した経路の伝達特性（Ｈ３Ｇ４Ｈ２）が予め設定されている。

アンプ８は、適応フィルタ（Ｃ）６から入力された制御信号ｕを増幅しスピーカ９に出力する。アンプ８のゲインをＨ２とする。スピーカ９は、騒音ｓの影響が及ぶ空間の範囲内に配置されている。

騒音ｓの影響が及ぶ空間の範囲とは騒音ｓが届く範囲である。スピーカ９は、アンプ８により増幅された制御信号を制御音（騒音ｓを打ち消す音）として空間に発音する。制御音は制御対象音を制御する音である。

エラーマイク１０は、参照マイク２が配置された空間内で参照マイク２よりも騒音源１から離れた位置に配置されている。騒音ｓは騒音源１からエラーマイク１０まで伝達特性Ｇ１により伝達される。

エラーマイク１０は、騒音ｓおよび制御音を含む空間内の音を集音する。詳細に説明すると、エラーマイク１０は、空間内における制御対象音ｓとスピーカ９から発せられた制御音（スピーカ９の出力が、スピーカ９からエラーマイク１０までの経路特性Ｇ４（二次経路）を通過した後の音）とが合成された合成音を集音する。アンプ１１はエラーマイク１０により集音された合成音の信号である誤差信号ｅを増幅する。アンプ１１のゲイン（マイクゲイン）をＨ３とする。

ＬＭＳ１２は、フィルタ７の伝達特性（Ｈ３Ｇ４Ｈ２）を用いて、アンプ１１により増幅された誤差信号ｅを最小にするように適応フィルタ（Ｃ）６を更新する。

すなわち、ＬＭＳ１２は、乗算器５により第１係数ｋａが乗算された加工参照信号ｒ’がフィルタ７を通過して得られる補助信号ｉに基づいて、アンプ１１を通じて取得した誤差信号ｅを最小にするように適応フィルタ（Ｃ）６を更新する。

ここで、この実施形態の能動消音装置の機能を説明する。
参照マイク２及びエラーマイク１０のマイクゲインは、それぞれＨ１，Ｈ３であり、スピーカ９のアンプ８のゲインはＨ２である。

更新機構２０の適応フィルタ（Ｃ）６の伝達特性は、理想的には、−Ｇ１／（Ｇ２Ｈ１ｋａＨ２Ｇ４）という式で表すことができる。この能動消音装置では、騒音源１に近い参照マイク２のマイクゲイン（アンプ３のゲインＨ１）はエラーマイク１０のマイクゲイン（アンプ１１のゲインＨ３）に比べて小さく設定されている（Ｈ１＜Ｈ３）。

参照マイク２のマイクゲインＨ１は、適応フィルタ（Ｃ）６の伝達特性を設定する上で上記式の分母に含まれるため、マイクゲインＨ１の値が小さい場合、更新機構２０における適応フィルタ（Ｃ）６のインパルス応答の片振幅は大きくなり、振幅を定常状態に収束させるのに時間かがることになる。

そこで、本実施形態では、アンプ３から出力される参照信号をＡ／Ｄ変換器４がデジタル信号に変換した上で、そのデジタル信号を乗算器５がｋａ倍（ｋａ＞１）し、加工参照信号ｒ’として適応フィルタ（Ｃ）６およびフィルタ７へ出力するよう回路を構成している。

このようにデジタル化した参照信号をｋａ倍して大きい値にすることで、更新機構２０における適応フィルタ（Ｃ）６のインパルス応答の片振幅が小さくなり、信号の収束を早めることができる。また更新誤りからも早い回復が可能になり、更新機構２０における適応フィルタ６による制御効果が早く得られるようになる。

このようにこの第１の実施形態によれば、アンプ３と更新機構２０との間にＡ／Ｄ変換器４と乗算器５を配置し、アンプ３を通じた参照信号をデジタル化した上でｋａ倍して大きい値にするので、参照マイク２のマイクゲイン（アンプ３のＨ１）を低く設定した場合であってもＬＭＳ１２、適応フィルタ（Ｃ）６およびフィルタ７を含む更新機構２０が行う適応更新動作において、制御効果が得られる定常状態に到達するまで時間を短縮することができる。

（第２実施形態）
図２は第２実施形態の能動消音装置（直接法）の概要を示す図である。なお、図２において、図１と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。また図２において、記号の上に付している「＾」はハットと称し推定値を意味する。但し記載の都合上、以下の文章中においては「＾」を「ｈ」として記載する。

図２に示すように、第２実施形態の能動消音装置は、Ａ／Ｄ変換器１２、第２乗算器としての乗算器１３および更新機構２１を有する。この第２実施形態は、更新機構２１として直接法で構成したものを用いた能動消音の例である。

Ａ／Ｄ変換器１２および乗算器１３は、アンプ１１と更新機構２１との間に介挿されている。Ａ／Ｄ変換器１２は、エラーマイク１０により集音され、アンプ１１を通じて入力された誤差信号ｅ（アナログの音信号）をデジタルの参照信号に変換する。

乗算器１３には、予め１よりも小さい値の第２係数ｋｂが設定されている（１＞ｋｂ）。第２係数ｋｂに設定する「１よりも小さい値」としては、例えば参照信号と誤差信号ｅの片振幅の比が２／３または１／２などの値とする。片振幅の比以外に、例えば周波数毎のゲインの比であってもよい。

また、ＡＮＣ制御を行っていない状況において、騒音から参照マイク、エラーマイク１０それぞれに到達する信号である、参照信号と誤差信号の片振幅（周波数ごとのゲインでもよい）の比が２：１から３：１程度となるように第１係数ｋａ、第２係数ｋｂを設定する方法もある。

乗算器１３は、Ａ／Ｄ変換器１２により変換されたデジタルの誤差信号ｅに第２係数ｋｂを乗算して加工誤差信号ｅｂを生成し更新機構２１に出力する。

更新機構２１は、フィルタ（Ｃｈ）２２、フィルタ（Ｋｈ）２８、適応フィルタ（Ｋｈ）２３、適応フィルタ（Ｄｈ）２６、適応フィルタ（Ｃｈ）２９、ＬＭＳ２５，２７，３１、仮想誤差算出器２４，３０などを有する。

フィルタ（Ｃｈ）２２は、加工参照信号ｒ’を入力し、制御信号ｕを出力するフィルタである。フィルタ（Ｃｈ）２２の理想的な伝達特性は、−Ｇ１／（Ｇ２Ｈ１ｋａＨ２Ｇ４）である。具体的には、フィルタ（Ｃｈ）２２は、乗算器５から入力された加工参照信号ｒ’を基に制御音を発音するための制御信号ｕを生成しアンプ８、適応フィルタ（Ｋｈ）２３およびＬＳＭ２５へ出力する。すなわちフィルタ（Ｃｈ）２２は、加工参照信号r’を用いて騒音ｓを打ち消す制御音を発生するための制御信号ｕを生成する第１デジタルフィルタである。

適応フィルタ（Ｋｈ）２３は、制御信号ｕを入力し、第１仮想信号ｚを出力する適応フィルタである。適応フィルタ（Ｋｈ）２３の理想的な伝達特性は、制御信号uからエラーマイク１０を通り乗算器１３までの経路である２次経路（Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）に対応する-Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂである。つまり適応フィルタ（Ｋｈ）２３は、２次経路の伝達特性に対応する伝達特性（−Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）を同定するためのフィルタである。

すなわち適応フィルタ（Ｋｈ）２３は、制御信号ｕを入力し、理想的にはスピーカ９からエラーマイク１０を通り乗算器１３に至る２次経路の伝達特性（Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）に対応する伝達特性（−Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）で第１仮想信号ｚを出力するために、エラーマイク１０に到達するスピーカ９からの制御音の推定信号を生成する第２デジタルフィルである。

適応フィルタ（Ｄｈ）２６は、加工参照信号ｒ’を入力し、第２仮想信号ｙを出力する手適応フィルタである。適応フィルタ（Ｄｈ）２６の理想的な伝達特性は、乗算器５からエラーマイク１０を通り乗算器１３までの経路の伝達特性（Ｇ１Ｈ３ｋｂ／Ｇ２Ｈ１ｋａ）である。つまり適応フィルタ（Ｄｈ）２６は、乗算器５からエラーマイク１０を通り乗算器１３までの経路の伝達特性（Ｇ１Ｈ３ｋｂ／Ｇ２Ｈ１ｋａ）を同定するためのフィルタである。

適応フィルタ（Ｄｈ）２６は、加工参照信号ｒ’を入力し、理想的には伝達特性（Ｇ１Ｈ３ｋｂ／Ｇ２Ｈ１ｋａ）で第２仮想信号ｙを出力するために、エラーマイク１０に到達する騒音ｓの推定信号である第２仮想信号ｙを生成する第３デジタルフィルタである。

フィルタ（Ｋｈ）２８は、加工参照信号ｒ’を入力し、第３仮想信号ｘを出力するフィルタである。フィルタ（Ｋｈ）２８の理想的な伝達特性は、制御信号uからエラーマイク１０を通り乗算器13までの経路である２次経路（Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）に対応する-Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂである。つまりフィルタ（Ｋｈ）２８は、２次経路の伝達特性に対応する伝達特性（−Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）を同定するためのフィルタである。すなわちフィルタ（Ｋｈ）２８は、加工参照信号ｒ’を入力し、理想的には２次経路の伝達特性に対応する伝達特性（−Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）で第３仮想信号ｘを出力するために、Filtered-xにおけるフィルタ7に対応する第４デジタルフィルタである。

適応フィルタ（Ｃｈ）２９は、第３仮想信号ｘを入力し、第４仮想信号ｗを出力する適応フィルタである。適応フィルタ（Ｃｈ）２９の理想的な伝達特性は、−Ｇ１／（Ｇ２Ｈ１ｋａＨ２Ｇ４）である。このフィルタ２９（Ｃｈ）は、伝達特性−Ｇ１／（Ｇ２Ｈ１ｋａＨ２Ｇ４）を同定するためのフィルタである。適応フィルタ（Ｃｈ）２９は、伝達特性−Ｇ１／（Ｇ２Ｈ１ｋａＨ２Ｇ４）を同定するために、第３仮想信号xを入力し、エラーマイク１０に到達するスピーカ９からの制御音の推定信号である第４仮想信号ｗを生成する第５デジタルフィルタである。

仮想誤差算出器２４は、第１仮想信号ｚと第２仮想信号ｙとの差分をとり、乗算器１３から入力された加工誤差信号ｅｂを加算することで仮想誤差信号ｅ１を生成する。仮想誤差算出器３０は、第２仮想信号ｙと第４仮想信号ｗとの差分をとり仮想誤差信号ｅ２を生成する。仮想誤差算出器３２は、仮想誤差信号ｅ１と仮想誤差信号ｅ２との差分をとって生成した差分信号ｅ３をＬＭＳ２７に出力する。

すなわち仮想誤差算出器２４，３０，３２などは、乗算器１３から出力された誤差信号ｅｂ、第１仮想信号ｚ、第２仮想信号ｙ、第３仮想信号ｘ、第４仮想信号ｗに基づいて仮想誤差信号ｅ１，ｅ２を生成する仮想誤差信号生成部として機能する。

ＬＭＳ２５は、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、第１仮想誤差信号ｅ１をゼロにするように適応フィルタ（Ｋｈ）２３を更新する。具体的には、ＬＭＳ２５は、制御信号ｕおよび第１仮想誤差ｅ１に基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより適応フィルタ（Ｋｈ）２３を更新する。

ＬＭＳ２７は、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、仮想誤差信号ｅ１，ｅ２をゼロにするように適応フィルタ（Ｄｈ）２６を更新する。具体的には、ＬＭＳ２７は、加工参照信号ｒおよび差分信号ｅ３に基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより適応フィルタ（Ｄｈ）２６を更新する。

ＬＭＳ３１は、ＬＭＳアルゴリズムを適用して、仮想誤差信号ｅ２をゼロにするように適応フィルタ（Ｃｈ）２９を更新する。具体的には、ＬＭＳ３１は、第３仮想信号ｘおよび仮想誤差信号ｅ２に基づいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより適応フィルタ（Ｃｈ）２９を更新する。

ここで、この第２実施形態の能動消音装置の機能を説明する。
上記第１実施形態で説明した能動消音装置は、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘという直接法ではない適応アルゴリズムを用いるため、伝達特性Ｇ４を同定する必要があるが、この第２実施形態では、直接法の適応アルゴリズムを用いるため、伝達特性Ｇ４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、伝達特性Ｇ４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そのときどきで変化する伝達特性Ｇ４に適応させることができる。

この能動消音装置では、加工参照信号ｒ’、制御信号ｕ、誤差信号ｅｂ、適応フィルタ（Ｃｈ）２９、適応フィルタ（Ｋｈ）２３、適応フィルタ（Ｄｈ）２６を用いて、第１仮想誤差算出器２４および第２仮想誤差算出器３０のそれぞれにおいて、第１仮想誤差ｅ１および第２仮想誤差ｅ２それぞれを算出する。

そして、ＬＭＳ２５，２７，３１は、算出された第１仮想誤差ｅ１および第２仮想誤差ｅ２に基づくＬＭＳアルゴリズムにより、対応する適応フィルタ（適応フィルタ（Ｋｈ）２３、適応フィルタ（Ｄｈ）２６、適応フィルタ（Ｃｈ）２９）をそれぞれ更新する。特に適応フィルタ（Ｋｈ）２３が制御中に２次経路中の伝達特性（Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）に対応する伝達特性（−Ｈ２Ｇ４Ｈ３ｋｂ）を適応的に同定するので、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘのように２次経路の伝達特性を事前に同定しておく必要がない。

このようにこの第２の実施形態によれば、アンプ３と更新機構２０との間にＡ／Ｄ変換器４と乗算器５を配置し、Ａ／Ｄ変換器４によりデジタル化した参照信号ｒをｋａ倍して大きい値にすること、またアンプ１１と更新機構２１との間にＡ／Ｄ変換器１２と乗算器１３を配置し、アンプ１１を通じた誤差信号ｅをデジタル化した上でｋｂ倍して小さい値にすることで、フィルタ（Ｃｈ）２２、適応フィルタ（Ｋｈ）２３、適応フィルタ（Ｄｈ）２６、フィルタ（Ｋｈ）２８、適応フィルタ２９それぞれの理想的な伝達特性における分母・分子の関係から、更新機構２１におけるフィルタ（Ｃｈ）２２、適応フィルタ（Ｋｈ）２３、適応フィルタ（Ｄｈ）２６、フィルタ（Ｋｈ）２８、適応フィルタ（Ｃｈ）２９それぞれのインパルス応答の片振幅が小さくなり、信号の収束を早めることができる、また更新誤りからも早い回復が可能になり、更新機構２１による制御効果が早く得られるようになる、などといった効果が得られる。

この結果、参照マイク２のマイクゲイン（アンプ３のＨ１）を低く設定した場合であっても直接法により更新機構２１が行う適応更新動作の制御効果が得られる定常状態に到達するまで時間を短縮することができる。

なおこの第２の実施形態では、直接法の更新機構２１を用いたことで、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘのように予め２次経路の伝達特性を同定しておく必要がないため、騒音源１またはスピーカ９（２次音源）からエラーマイク１０までの空間伝達特性（各音がエラーマイク１０に届く経路）が変化するような自由空間（音響環境）で有効である。空間伝達特性は音響特性ともいう。

またアンプ１１と更新機構２０との間にＡ／Ｄ変換器１２と乗算器１３を配置し、アンプ１２を通じた誤差信号ｅをデジタル化した上でそのデジタルの誤差信号ｅを定数ｋｂ（１＞ｋｂ）倍して小さい値にすることで、騒音源１から比較的遠いエラーマイク１０のマイクゲイン（アンプ１１のＨ３）を高く設定した場合であっても更新機構２１が行う適応更新動作の制御効果が得られる定常状態に到達するまで時間を短縮することができる。

（実験結果）
以下、図３乃至図１０を参照して上記第１実施形態および第２実施形態の構成を適用して騒音の消音効果を確認するためのシミュレーション実験をした結果を説明する。

二次経路を任意の自由空間に設定しその自由空間において、図３，４に示すような特性データを取得した。図３はＦＩＲフィルタにおける二次経路のインパルス応答を示す特性図である。同図の横軸はタップの数、縦軸はフィルタ係数値である。図４は二次経路における周波数とゲインの関係を示す特性図である。

図３，図４の特性データを用いてシミュレーションを行い、本実施形態の妥当性を考察する。シミュレーションを行うにあたり、参照信号、誤差信号間の伝達特性は単純な遅れ特性とする。設定としては、ＦＩＲ表記において（０，…０，０．４，０，０）とした（０．４となる箇所は２０タップ目（サンプリング周波数は１０ＫＨｚ））。これは平面波などで生じる現象のため特別な状況ではない。

制御対象の騒音Ｓは、図５に示すような打撃音（一般的なもの）とし、この打撃音が連続して生じる場合の直接法のシミュレーション結果を以下に示す。

図６は自由空間で打撃を一定間隔（１〜２ｓｅｃ間隔）で行って騒音Ｓを一定間隔で１０回発生させた場合について、ＡＮＣをＯＦＦした実験結果を示す図であり、図７はＡＮＣ をＯＮした実験結果を示す図であり、図８はＡＮＣをＯＮ（ｋａ）した実験結果を示す図である。つまり図６〜図８は３通りの実験結果を示している。

図９は実験結果（騒音Ｓの消音効果）を示す１／３オクターブ周波数解析図である。図９では、自由空間に発生させた音に対してＡＮＣ ＯＦＦ、ＡＮＣ ＯＮ、ＡＮＣ ＯＮ（ｋａ）の３通りの実験をした結果を示したものである。

ＡＮＣ ＯＦＦとは、ＡＮＣの機能が非動作の場合であり、ＡＮＣ ＯＮとはＡＮＣの機能を動作させかつ乗算器５をスルー（設定倍率ｋａ＝１）させた場合であり、ＡＮＣ ＯＮ（ｋａ）とはＡＮＣの機能を動作させかつ乗算器５の設定倍率ｋａ＞１とした場合である。なおこの例では乗算器５の設定倍率ｋａは５／３（約１．６７）としている。

図９の１／３オクターブ周波数解析図では、打撃１０回目の最後の波形の周波数分析結果は１／３オクターブ，分析周波数は２５０Ｈｚから４ｋＨｚとなっている。図９において乗算器５を入れずにＡＮＣをＯＮした周波数特性７１に比べて、乗算器５を入れて参照信号を定数倍（ｋａ倍）してＡＮＣをＯＮした周波数特性７２では、周波数が１ｋＨｚ以下の帯域（バンド）において騒音の低減量が５ｄＢ程度向上していることがわかる。

このように３つの実験結果（図６〜図９）を比較して判るように、ＡＮＣをＯＦＦした状態はもとより、ＡＮＣをＯＮしていても、乗算器５にて参照信号を定数倍（５／３（約１．６７倍）した場合は、乗算器５をスルー（ｋａ＝１）した場合に比べて、明らかに制御効果が増加しており、制御効果が生じるまでの時間が速くなっていることがわかる。

ちなみに参照信号を定数倍（ｋａ倍）しなかった場合の打撃１０回目における分析周波数における低減量のオーバーオール値は４．８ｄＢであり、参照信号を定数倍（ｋａ倍）した場合の値は６．３ｄＢである。

図１０，１１は乗算器５の他に乗算器１３の設定倍率ｋｂ＝２／３とし、誤差信号を定数倍して実験した結果を示す図である。図１０では、ＡＮＣ ＯＦＦの場合に比べてＡＮＣ ＯＮ（ｋａ，ｋｂ）の場合の方が、信号の振幅が極めて速く減衰（収束）していることがわかる。図１１の打撃１０回目の最後の波形の周波数分析結果は、１／３オクターブ、分析周波数は２５０Ｈｚから４ｋＨｚである。

この実験結果から、図１１の周波数特性では、図９の周波数特性に比べて中域Ｑ（点線で囲んだ範囲）の制御効果が向上していることが判る。この場合の分析周波数における低減量のオーバーオール値は６．０ｄＢである。分析周波数全体のオーバーオール値は多少低下しているが、２５０Ｈｚから１２５０Ｈｚまでのオーバーオール値は１８ｄＢと、図９における１５ｄＢよりも向上している。このことよりも中域Ｑの制御効果が向上していることがわかる。

以上のことから、乗算器５にて参照信号に１より大きい値（ｋａ＞１）を乗算して定数倍すること、および乗算器１３にて誤差信号についても１より小さい値（ｋｂ＜１）を乗算して定数倍すること、いずれの場合であっても制御効果が向上することが判った。

また実験値（実験結果）から、参照信号と誤差信号の片振幅（周波数毎のゲインでもよい）の比は、２：１から３：１程度がよいことがわかった。

以上のように本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、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。また上記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。

上記実施形態では、第１実施形態にＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと１つの乗算器５の例を示し、第２実施形態に直接法と２つの乗算器５，１３の例を示したが、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと２つの乗算器５，１３を組み合わせてもよく、直接法と１つの乗算器５を組み合わせてもよい。またＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと１つの乗算器１３を組み合わせてもよく、直接法と１つの乗算器１３を組み合わせてもよい。

上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。

１…騒音源
２…参照マイク
３，８，１１…アンプ
４，１２…Ａ／Ｄ変換器
５，１３…乗算器
６…適応フィルタ（Ｃ）
７…フィルタ
９…スピーカ
１０…エラーマイク
２０，２１…更新機構
２２…フィルタ（Ｃｈ）
２３…適応フィルタ（Ｋｈ）
２６…適応フィルタ（Ｄｈ）
２８…フィルタ（Ｋｈ）
２９…適応フィルタ（Ｃｈ）
２４，３０，３２…仮想誤差算出器
２５，２７，３１…ＬＭＳ（フィルタ更新部）

Claims (7)

1. 主音源から発せられた制御対象音を集音しアナログの参照信号として出力する第１マイクと、
   前記第１マイクから出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換する変換部と、
   前記変換部により変換されたデジタルの参照信号に１よりも大きい第１係数を乗算する第１乗算器と、
   前記第１乗算器により前記第１係数が乗算された参照信号から、前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するフィルタと、
   前記制御信号を制御音として発音する２次音源と、
   前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音する第２マイクと、
   前記第２マイクにより集音された合成音である誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するフィルタ更新部と
   を具備する消音装置。
2. 主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する第１マイクと、
   前記第１マイクから出力された参照信号から、前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するフィルタと、
   前記制御信号を制御音として発音する２次音源と、
   前記空間内における前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音する第２マイクと、
   前記第２マイクにより集音された合成音である誤差信号に１よりも小さい第２係数を乗算する第２乗算器と、
   前記第２乗算器により第２係数が乗算された誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するフィルタ更新部と
   を具備する消音装置。
3. 主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する第１マイクと、
   前記第１マイクから出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換する変換部と、
   前記変換部により変換されたデジタルの参照信号に１よりも大きい第１係数を乗算する第１乗算器と、
   前記第１乗算器により前記第１係数が乗算された参照信号から、前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するフィルタと、
   前記制御信号を制御音として発音する２次音源と、
   前記空間内における前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音する第２マイクと、
   前記第２マイクにより集音された合成音である誤差信号に１よりも小さい第２係数を乗算する第２乗算器と、
   前記第２乗算器により第２係数が乗算された誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するフィルタ更新部と
   を具備する消音装置。
4. 前記フィルタが、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘまたは直接法により構成される請求項１乃至３いずれか１項に消音装置。
5. 前記２次音源から前記第２マイクに至る２次経路の伝達特性を有するデジタルフィルタをさらに備え、
   前記フィルタ更新部は、
   前記第１乗算器により前記第１係数が乗算された参照信号が前記デジタルフィルタを通過して得られる補助信号に基づいて前記誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新する請求項１乃至３いずれか１項に記載の消音装置。
6. 前記フィルタが、
   前記参照信号を用いて前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する第１デジタルフィルタと、
   前記２次音源から前記第２マイクに至る２次経路の伝達特性を同定し、前記制御信号を用いて前記第２マイクに到達する前記２次音源からの制御音の推定信号を生成する第２デジタルフィルタと、
   前記第１マイクと前記第２マイクと間の伝達特性を同定し、前記参照信号を用いて前記第２マイクに到達する制御対象音の推定信号yを生成する第３デジタルフィルタと、
   前記２次経路の伝達特性を同定し、前記参照信号を用いて補助信号xを生成する第４デジタルフィルタと、
   前記補助信号xを用いて、前記第２マイクに到達する前記２次音源からの制御音の推定信号wを生成する第５デジタルフィルタと、
   前記第２マイクからの誤差信号eと前記第２デジタルフィルタから出力された制御音の推定信号zと前記第３デジタルフィルタから出力された制御対象音の推定信号yとを基に第１仮想誤差信号ｅ１を生成する第１仮想誤差信号生成部２４と、
   前記第３デジタルフィルタから出力された制御対象音の推定信号と前記第５デジタルフィルタから出力された制御対象音の信号wとを基に第２仮想誤差信号を生成する第２仮想誤差信号生成部と、
   前記第１仮想誤差信号生成部により生成された第１仮想誤差信号と前記第２仮想誤差信号生成部により生成された第２仮想誤差信号との差分をとった差分信号を生成する差分信号生成部とを備え、
   前記フィルタ更新部は、
   前記第１仮想誤差信号ｅ１、前記第２仮想誤差信号ｅ２を最小にするように、前記第２、第３および第５デジタルフィルタを更新する請求項１乃至３いずれか１項に記載の消音装置。
7. 主音源から発せられた制御対象音を集音しアナログの参照信号として出力するステップと、
   出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換するステップと、
   変換されたデジタルの参照信号に１よりも大きい第１係数を乗算するステップと、
   前記第１係数が乗算された参照信号を基にフィルタが前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するステップと、
   前記制御信号を制御音として発音するステップと、
   前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音するステップと、
   集音した合成音である誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するステップとを有する消音方法。

Images