JP2014235240A - 能動騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 参照マイクロホンと誤差マイクロホンとの間のコヒーレンスが低い場合でも、高い消音効果を得ることができる能動騒音制御装置を提供する。【解決手段】 信号処理部１４は、参照マイクロホン１１から騒音信号が入力されてキャンセル信号を出力する消音フィルタ１４１ｃと、騒音信号の離散値を所定数格納するバッファ１４２ａと、誤差マイクロホン１２が出力する誤差信号の離散値を所定数格納するバッファ１４２ｂと、騒音信号の各離散値と誤差信号の各離散値とを用いて最小二乗規範演算を行うことによってフィルタ係数を算出する係数演算器１４２ｄと、係数演算器１４２ｄが算出した複数のフィルタ係数を同期加算する同期加算器１４２ｅと、同期加算結果からフィルタ係数の平均値を算出し、この算出した平均値を消音フィルタ１４１ｃのフィルタ係数に設定する平均演算器１４２ｆとで構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、能動騒音制御装置に関するものである。

従来、騒音源が発する音が伝播する空間（騒音伝播路）において騒音を低減する技術として、アクティブノイズ制御を用いた能動騒音制御装置がある。アクティブノイズ制御とは、騒音の逆位相、同振幅のキャンセル音を放射することによって、能動的に騒音を低減させる技術である（例えば、特許文献１参照）。

従来の能動騒音制御装置の構成を図１４に示す。能動騒音制御装置は、電気機器の筐体、空調ダクト、トンネル等の騒音伝播路１０１に設けられる。騒音伝播路１０１の一端側には騒音源１０２が位置しており、騒音伝播路１０１の他端側の開口１０１ａから騒音源１０２が発する騒音が放出される。

騒音伝播路１０１に設けられた能動騒音制御装置は、参照マイクロホン１１１、誤差マイクロホン１１２、スピーカ１１３、信号処理部１１４で構成される。

参照マイクロホン１１１は、騒音伝播路１０１において騒音源１０２側に位置する。誤差マイクロホン１１２は、騒音伝播路１０１において開口１０１ａ側に位置する。スピーカ１１３は、騒音伝播路１０１において、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間に位置している。すなわち、騒音源１０２から開口１０１ａに至るまでに、参照マイクロホン１１１、スピーカ１１３、誤差マイクロホン１１２の順に配置されている。

信号処理部１１４は、増幅器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ、Ａ／Ｄ変換器１１４ｄ，１１４ｅ、Ｄ／Ａ変換器１１４ｆ、消音制御ブロック１１４ｇで構成される。

参照マイクロホン１１１の出力は、増幅器１１４ａで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１１４ｄによってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１１４ｄの出力は、消音制御ブロック１１４ｇに入力される。

誤差マイクロホン１１２の出力は、増幅器１１４ｂで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１１４ｅによってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１１４ｅの出力は、消音制御ブロック１１４ｇに入力される。

消音制御ブロック１１４ｇから出力されるキャンセル信号は、Ｄ／Ａ変換器１１４ｆによってＤ／Ａ変換された後、増幅器１１４ｃで増幅される。スピーカ１１３は、増幅器１１４ｃで増幅されたキャンセル信号を入力されて、キャンセル音を出力する。

消音制御ブロック１１４ｇは、デジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor）で構成される。そして、消音制御ブロック１１４ｇは、誤差マイクロホン１１２の設置点（消音点）における音圧レベルが最小になるよう、騒音源１０２の騒音を打ち消すキャンセル音をスピーカ１１３から出力することによって、騒音源１０２から開口１０１ａを通って騒音伝播路１０１外に伝わる騒音を抑制する。すなわち、消音制御ブロック１１４ｇは、アクティブノイズ制御を行うものであり、騒音源１０２の騒音変化、騒音伝播特性の変化に追従するために、適応フィルタの機能を実現する消音用プログラムを実行する。この適応フィルタのフィルタ係数の更新には、例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ逐次更新制御アルゴリズムが使用される。

以下、信号処理部１１４の動作について説明する。

まず、参照マイクロホン１１１は、騒音源１０２が発生する騒音を集音した信号（騒音信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１１４ｄは、予め決められたサンプリング周波数（ここでは、一例として８ｋＨｚとする）で、増幅器１１４ａによって増幅された騒音信号をＡ／Ｄ変換した離散値を出力する。

誤差マイクロホン１１２は、消音点において、キャンセル音によって消去しきれなかった残留騒音を集音した信号（誤差信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１１４ｅは、Ａ／Ｄ変換器１１４ｄと同じサンプリング周波数で、増幅器１１４ｂによって増幅された誤差信号をＡ／Ｄ変換した離散値を出力する。

消音制御ブロック１１４ｇにおいて、減算器１１４ｉは、Ａ／Ｄ変換器１１４ｄが出力する信号からハウリングキャンセルフィルタ１１４ｈ（Howling Cancel Filter）の出力信号を減算する。減算器１１４ｉの出力は、消音適応フィルタ１１４ｊ、フィルタ１１４ｋに入力される。フィルタ１１４ｋは、スピーカ１１３から誤差マイクロホン１１２に至る音波の伝達関数Ｃを模擬した伝達関数Ｃ＾をフィルタ係数として設定されたＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）である。そして、フィルタ１１４ｋは、減算器１１４ｉの出力と伝達関数Ｃ＾との畳み込み演算を行う。このフィルタ１１４ｋの出力を、参照信号Ｘとする。

消音適応フィルタ１１４ｊは、係数更新部１１４ｍによってフィルタ係数を設定されるＦＩＲ型の適応フィルタである。

係数更新部１１４ｍは、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ（Least Mean Square）という周知の逐次更新制御アルゴリズムを用いて、消音フィルタ１１４ｊのフィルタ係数を更新する。この係数更新部１１４ｍは、フィルタ１１４ｋが出力する参照信号ＸとＡ／Ｄ変換器１１４ｅが出力する誤差信号ｅとに基づいて、フィルタ係数を演算する。具体的に、フィルタ係数：Ｗ、サンプリング時刻：ｋ、定数：μとすると、
Ｗ（ｋ＋１）＝Ｗ（ｋ）＋２・μ・Ｘ（ｋ）・ｅ（ｋ） （１）式
となる。

そして、係数更新部１１４ｍは、サンプリング周期毎に消音フィルタ１１４ｊのフィルタ係数Ｗを更新する。

消音フィルタ１１４ｊは、減算器１１４ｉの出力とフィルタ係数Ｗとの畳み込み演算を行うことによって、キャンセル信号を生成する。消音フィルタ１１４ｊが出力するキャンセル信号は、Ｄ／Ａ変換器１１４ｆによってＤ／Ａ変換が施された後、増幅器１１４ｃで増幅され、スピーカ１１３から出力される。

キャンセル音の波形は、消音点における騒音波形に対して逆位相、同振幅となり、騒音源１０２から騒音伝播路１０１を伝播して開口１０１ａから放出される騒音を低減させている。

特開平１１−６５５７３号公報

図１４に示す従来の能動騒音制御装置において、騒音を打ち消す消音量（消音効果）は、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンス（Coherence）に依存している。

図１５（ａ）（ｂ）は、従来の能動騒音制御装置におけるコヒーレンスおよび期待消音量の各変動を示しており、期待消音量は、コヒーレンスから計算によって求めた値である。また、図１６は、従来の能動騒音制御装置におけるコヒーレンスと最大期待消音量との関係を示しており、コヒーレンスＣｏｈ（ｎ）と最大期待消音量ＡＴＴ（ｎ）との間には、（２）式の関係が成立する。なお、最大期待消音量ＡＴＴ（ｎ）の単位はｄＢ（デシベル）である。
ＡＴＴ（ｎ）＝１０・ｌｏｇ_１０（１−Ｃｏｈ（ｎ）） （２）式
すなわち、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスが高ければ、消音量が大きくなり、騒音の消音効果が高くなる。図１５（ａ）（ｂ）、図１６は一例であるが、コヒーレンス０．９の場合、期待消音量１０ｄＢとなる。

しかしながら、騒音源１０２が送風機である場合、騒音伝播路１０１に発生する乱気流によって、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスが０．９未満にまで低下することがある。参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間のコヒーレンスが低くなると、消音量が小さくなり、消音効果が悪化してしまう。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、参照マイクロホンと誤差マイクロホンとの間のコヒーレンスが低い場合でも、高い消音効果を得ることができる能動騒音制御装置を提供することにある。

本発明の能動騒音制御装置は、騒音源から発せられた音が伝播する空間に設けられて騒音信号を出力する第１のマイクロホンと、前記騒音信号に基づいて、前記騒音源から発せられた音を打ち消すキャンセル信号を生成する信号処理部と、前記キャンセル信号をキャンセル音として前記空間に出力するスピーカと、前記空間において、前記騒音源から発せられた音と前記キャンセル音との合成音を集音して誤差信号を出力する第２のマイクロホンとを備え、前記信号処理部は、フィルタ係数を設定され、前記騒音信号が入力されて前記キャンセル信号を出力する消音フィルタと、前記騒音信号に基づく第１の離散値を所定数格納する第１のバッファと、前記誤差信号に基づく第２の離散値を前記所定数格納する第２のバッファと、前記第１のバッファに格納された前記第１の離散値と前記第２のバッファに格納された前記第２の離散値とを用いて最小二乗規範演算を行うことによって前記フィルタ係数を算出する係数演算器と、前記係数演算器が算出した複数の前記フィルタ係数を同期加算する同期加算器と、前記同期加算器の同期加算結果から前記フィルタ係数の平均値を算出し、この算出した平均値を前記消音フィルタの前記フィルタ係数に設定する平均演算器とで構成されることを特徴とする。

本発明の能動騒音制御装置は、騒音源から発せられた音が伝播する空間に設けられて騒音信号を出力する第１のマイクロホンと、前記騒音信号に基づいて、前記騒音源から発せられた音を打ち消すキャンセル信号を生成する信号処理部と、前記キャンセル信号をキャンセル音として前記空間に出力するスピーカと、前記空間において、前記騒音源から発せられた音と前記キャンセル音との合成音を集音して誤差信号を出力する第２のマイクロホンとを備え、前記信号処理部は、フィルタ係数を設定され、前記騒音信号が入力されて前記キャンセル信号を出力する消音フィルタと、前記騒音信号に基づく第１の離散値を所定数格納する第１のバッファと、前記誤差信号に基づく第２の離散値を前記所定数格納する第２のバッファと、前記第１のバッファに格納された前記第１の離散値と前記第２のバッファに格納された前記第２の離散値とを用いて、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンに至る経路における音の伝達関数を周波数領域において算出する伝達関数演算器と、前記伝達関数演算器が算出した複数の前記伝達関数を同期加算する同期加算器と、前記同期加算器の同期加算結果から前記伝達関数の平均値を算出する平均演算器と、前記伝達関数の平均値を用いて前記消音フィルタに設定する前記フィルタ係数を算出する係数演算器とで構成されることを特徴とする。

本発明では、以上説明したように、消音フィルタに設定されたフィルタ係数は、複数のフィルタ係数の同期加算処理を経て算出されるので、外部雑音がフィルタ係数に及ぼす影響は、同期加算処理によって低減されている。したがって、参照マイクロホンと誤差マイクロホンとの間のコヒーレンスが低い場合でも、高い消音効果を得ることができるという効果がある。

また、本発明では、消音フィルタに設定されたフィルタ係数は、同期加算した複数の伝達関数の平均値を用いて算出されるので、外部雑音がフィルタ係数に及ぼす影響は、同期加算処理によって低減されている。したがって、参照マイクロホンと誤差マイクロホンとの間のコヒーレンスが低い場合でも、高い消音効果を得ることができるという効果がある。

実施形態１の能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 同上の動作を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の消音効果を示す特性図である。 実施形態２の能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 同上の動作を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）同上の伝達関数の特性を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）同上の伝達関数の特性を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）同上の伝達関数の特性を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）従来の伝達関数の特性を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）実施形態２の消音効果を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）同上の消音効果を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）同上の消音効果を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）従来の消音効果を示すグラフ図である。 従来の能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）従来の消音効果を示す特性図である。 従来のコヒーレンスと最大期待消音量との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の能動騒音制御装置の構成を示す。

能動騒音制御装置は、電気機器の筐体、空調ダクト、トンネル等の騒音伝播路１に設けられる。騒音伝播路１の一端側には騒音源２が位置しており、騒音伝播路１の他端側の開口１ａから騒音源２が発する騒音が放出される。

騒音伝播路１に設けられた能動騒音制御装置は、参照マイクロホン１１、誤差マイクロホン１２、スピーカ１３、信号処理部１４で構成される。

参照マイクロホン１１（第１のマイクロホン）は、騒音伝播路１において騒音源２側に位置する。誤差マイクロホン１２（第２のマイクロホン）は、騒音伝播路１において開口１ａ側に位置する。スピーカ１３は、騒音伝播路１において、参照マイクロホン１１と誤差マイクロホン１２との間に位置している。すなわち、騒音源２から開口１ａに至るまでに、参照マイクロホン１１、スピーカ１３、誤差マイクロホン１２の順に配置されている。

信号処理部１４は、増幅器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、Ａ／Ｄ変換器１４ｄ，１４ｅ、Ｄ／Ａ変換器１４ｆ、消音制御ブロック１４ｇで構成される。

まず、参照マイクロホン１１は、騒音源２が発生する騒音を集音した信号（騒音信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｄは、予め決められたサンプリング周波数（ここでは、一例として８ｋＨｚとする）で、増幅器１４ａによって増幅された騒音信号をＡ／Ｄ変換した離散値を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｄの出力（離散値）は、サンプリング周期毎に消音制御ブロック１４ｇに入力される。

誤差マイクロホン１２は、誤差マイクロホン１２の設置点（消音点）において、キャンセル音によって消去しきれなかった残留騒音を集音した信号（誤差信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｅは、Ａ／Ｄ変換器１４ｄと同じサンプリング周波数で、増幅器１４ｂによって増幅された誤差信号をＡ／Ｄ変換した離散値を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｅの出力（離散値）は、サンプリング周期毎に消音制御ブロック１４ｇに入力される。

消音制御ブロック１４ｇから出力されるキャンセル信号ｙは、Ｄ／Ａ変換器１４ｆによってＤ／Ａ変換された後、増幅器１４ｃで増幅される。スピーカ１３は、増幅器１４ｃで増幅されたキャンセル信号を入力されて、キャンセル音を出力する。

消音制御ブロック１４ｇは、デジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor）で構成される。

そして、消音制御ブロック１４ｇは、消音点における音圧レベルが最小になるよう、騒音源２の騒音を打ち消すキャンセル音をスピーカ１３から出力することによって、騒音源２から開口１ａを通って騒音伝播路１外に伝わる騒音を抑制する。

以下、信号処理部１４の動作について、図１、図２を用いて説明する。なお、スピーカ１３から参照マイクロホン１１に至る音波の伝達関数Ｆ、スピーカ１３から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｃ、参照マイクロホン１１から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｔとする。

消音ブロック１４ｇは、実時間処理部１４１、係数更新部１４２で構成される。

実時間処理部１４１は、ハウリングキャンセルフィルタ１４１ａ、減算器１４１ｂ、消音フィルタ１４１ｃ、フィルタ１４１ｄ、減算器１４１ｅを有する。

係数更新部１４２は、バッファ１４２ａ，１４２ｂ、フィルタ１４２ｃ、係数演算器１４２ｄ、同期加算器１４２ｅ、平均演算器１４２ｆを有する。

実時間処理部１４１において、ハウリングキャンセルフィルタ１４１ａは、スピーカ１３から参照マイクロホン１１に至る音波の伝達関数Ｆを模擬した伝達関数Ｆ＾をフィルタ係数として設定されたタップ長２５６のＦＩＲフィルタである。そして、ハウリングキャンセルフィルタ１４１ａは、消音フィルタ１４１ｃが出力するキャンセル信号ｙに伝達関数Ｆ＾を畳み込み演算する。減算器１４１ｂは、Ａ／Ｄ変換器１４ｄの出力からハウリングキャンセルフィルタ１４１ａの出力を減じた信号を出力する。すなわち、参照マイクロホン１１が集音した対象騒音（騒音源２が発する騒音）の成分ｒ、対象騒音以外のノイズ成分ｎ１とすると、ｒ＋ｎ１＋Ｆ・ｙからＦ＾・ｙを減算した信号が、減算器１４１ｂから出力される。減算器１４１ｂの出力は、消音フィルタ１４１ｃ、係数更新部１４２に入力される。ここで、減算器１４１ｂの出力は、ｒ＋ｎ１とみなすことができる。

消音フィルタ１４１ｃは、係数更新部１４２によってフィルタ係数Ｗを設定されるタップ長２５６のＦＩＲ型の適応フィルタである。そして、消音フィルタ１４１ｃは、減算器１４１ｂの出力ｒ＋ｎ１にフィルタ係数Ｗを畳み込み演算することによって、キャンセル信号ｙを出力する。消音フィルタ１４１ｃが出力するキャンセル信号ｙは、Ｄ／Ａ変換器１４ｆによってＤ／Ａ変換が施された後、増幅器１４ｃで増幅され、スピーカ１３から出力される。キャンセル音の波形は、消音点における騒音波形に対して逆位相、同振幅（ほぼ逆位相、同振幅を含む）となり、騒音源２から騒音伝播路１を伝播して開口１ａから放出される騒音を低減させている。

また、消音フィルタ１４１ｃが出力するキャンセル信号ｙは、フィルタ１４１ｄにも入力される。フィルタ１４１ｄは、スピーカ１３から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｃを模擬した伝達関数Ｃ＾をフィルタ係数として設定されたタップ長２５６のＦＩＲフィルタである。そして、フィルタ１４１ｄは、キャンセル信号ｙに伝達関数Ｃ＾を畳み込み演算する。

減算器１４１ｅは、Ａ／Ｄ変換器１４ｅの出力からフィルタ１４１ｄの出力を減算した信号を出力する。減算器１４１ｅの出力は、係数更新部１４２に入力される。すなわち、誤差マイクロホン１２が集音した対象騒音（騒音源２が発する騒音）の成分ｄ、対象騒音以外のノイズ成分ｎ２とすると、ｄ＋ｎ２＋Ｃ・ｙからＣ＾・ｙを減算した信号が、減算器１４１ｅから出力される。減算器１４１ｅの出力は、係数更新部１４２に入力される。ここで、減算器１４１ｅの出力は、ｄ＋ｎ２とみなすことができる。

このように、実時間処理部１４１は、サンプリング周期５１（図２参照）を１周期として、キャンセル音ｙの生成処理、減算器１４１ｂ，１４１ｅの出力処理等を行っている。

そして、係数更新部１４２では、以下の処理を実行する。

まず、バッファ１４２ａ（第１のバッファ）は、減算器１４１ｂの出力ｒ＋ｎ１（第１の離散値）をサンプリング周期５１毎に順次蓄積する。また、バッファ１４２ｂ（第２のバッファ）は、減算器１４１ｅの出力ｄ＋ｎ２（第２の離散値）をサンプリング周期５１毎に順次蓄積する。図２のバッファ期間５２が、バッファ１４２ａ，１４２ｂに２５６サンプル分のデータ（ｒ＋ｎ１，ｄ＋ｎ２）が格納される１周期を示す。バッファ１４２ａ，１４２ｂは、前回のバッファ期間５２における２５６サンプル分のデータを格納した状態で、今回のバッファ期間５２における２５６サンプル分のデータの格納を開始する。すなわち、バッファ１４２ａ，１４２ｂは、少なくともバッファ期間５２の２周期分のデータを格納できる容量を備えている。

また、フィルタ１４２ｃは、スピーカ１３から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｃを模擬した伝達関数Ｃ＾をフィルタ係数として設定されたタップ長２５６のＦＩＲフィルタである。そして、バッファ１４２ａに、減算器１４１ｂの出力ｒ＋ｎ１がバッファ期間５２毎に２５６サンプル格納されると、フィルタ１４２ｃは、データｒ＋ｎ１に伝達関数Ｃ＾を畳み込み演算したベクトル［ｈ］を係数演算器１４２ｄへ出力する。なお、［ ］はベクトルを示すものとする。

また、バッファ１４２ｂに、演算器１４２ｂの出力ｄ＋ｎ２がバッファ期間５２毎に２５６サンプル格納されると、バッファ１４２ｂは、この２５６サンプルのデータｄ＋ｎ２を係数演算器１４２ｄへ出力する。

係数演算器１４２ｄは、２５６個のベクトル［ｈ］で構成される畳み込み演算行列Ｈ、および要素数２５６のベクトル［ｄ＋ｎ２］に対して、（３）式に示す最小二乗規範演算を行って、フィルタ係数Ｗを算出する。すなわち、係数演算器１４２ｄは、図２のＷ算出期間５３毎に、直前のバッファ期間５２でバッファ１４２ａ，１４２ｂに蓄積されたデータを用いてフィルタ係数Ｗを算出している。
Ｗ＝−（Ｈ^ＴＨ）^−１・Ｈ^Ｔ・［ｄ＋ｎ２］ （３）式
そして、同期加算器１４２ｅは、係数演算器１４２ｄが上述のフィルタ係数Ｗを算出する度に、フィルタ係数Ｗの同期加算処理を行う。同期加算器１４２ｅは、この同期加算処理の実行回数が規定回数（ここでは、１０００回）に達すると、この１０００回分の同期加算結果を平均演算器１４２ｆへ出力する。図２の同期加算期間５４は、１０００回のＷ算出期間５３で構成されており、同期加算器１４２ｅは、同期加算期間５４において算出された１０００個のフィルタ係数Ｗの同期加算を行っている。

平均演算器１４２ｆは、同期加算期間５４に続く平均化期間５５において、１０００個のフィルタ係数Ｗの同期加算結果を１０００で除することによって、フィルタ係数Ｗの平均値を算出する。

そして、平均演算器１４２ｆは、平均化期間５５に続く更新期間５６（図２参照）において、算出したフィルタ係数Ｗの平均値を消音フィルタ１４１ｃに設定する。この平均演算器１４２ｆによるフィルタ係数Ｗの更新処理は、サンプリング周波数８ｋＨｚとすると、（１／８０００）×２５６×１０００＝３２秒毎に１回実行されている。

この消音フィルタ１４１ｃに設定されたフィルタ係数Ｗは、１０００個のフィルタ係数Ｗの同期加算処理を経て算出される。そして、ノイズ成分ｎ１，ｎ２は白色雑音とみなすことができるので、ノイズ成分ｎ１，ｎ２がフィルタ係数Ｗに及ぼす影響は、同期加算処理によって低減されている。したがって、参照マイクロホン１１と誤差マイクロホン１２との間のコヒーレンスが低下した場合でも、高い消音量を維持できるので、コヒーレンス≪１である場合でも高い消音効果を得ることが可能になる。

図３（ａ）（ｂ）は、本実施形態の能動騒音制御装置におけるコヒーレンスと期待消音量との関係を示しており、コヒーレンスが増減しても従来（図１５（ａ）（ｂ）参照）に比べて高い消音量を維持でき、コヒーレンスが低下した場合であっても高い消音効果を得ることができる。

また、能動騒音制御装置は、フィルタ係数Ｗの更新を定期的に行うことによって、環境の経時変化に適応してフィルタ係数Ｗを更新している。このフィルタ係数Ｗの更新処理は、一定の周期で定期的に実行する構成以外に、音響環境の変化時に随時行う構成であってもよい。例えば、参照マイクロホン１１、または誤差マイクロホン１２、または参照マイクロホン１１および誤差マイクロホン１２の両方が集音した信号に所定以上の変化が生じた場合に、フィルタ係数Ｗの更新処理を実行する。

このように、本実施形態の能動騒音制御装置は、騒音源２から発せられた音が伝播する騒音伝播路１に設けられて騒音信号を出力する参照マイクロホン１１と、騒音信号に基づいて、騒音源２から発せられた音を打ち消すキャンセル信号を生成する信号処理部１４と、キャンセル信号をキャンセル音として騒音伝播路１に出力するスピーカ１３と、騒音伝播路１において、騒音源２から発せられた音とキャンセル音との合成音を集音して誤差信号を出力する誤差マイクロホン１２とを備える。そして、信号処理部１４は、フィルタ係数Ｗを設定され、騒音信号が入力されてキャンセル信号を出力する消音フィルタ１４１ｃと、騒音信号の離散値を所定数格納するバッファ１４２ａと、誤差信号の離散値を所定数格納するバッファ１４２ｂとを備える。さらに、信号処理部１４は、バッファ１４２ａに格納された騒音信号の各離散値とバッファ１４２ｂに格納された誤差信号の各離散値とを用いて最小二乗規範演算を行うことによってフィルタ係数Ｗを算出する係数演算器１４２ｄを備える。さらに、信号処理部１４は、係数演算器１４２ｄが算出した複数のフィルタ係数Ｗを同期加算する同期加算器１４２ｅと、同期加算器１４２ｅの同期加算結果からフィルタ係数Ｗの平均値を算出し、この算出した平均値を消音フィルタ１４１ｃのフィルタ係数に設定する平均演算器１４２ｆとを備える。

（実施形態２）
図４は、本実施形態の能動騒音制御装置の構成を示す。

能動騒音制御装置は、電気機器の筐体、空調ダクト、トンネル等の騒音伝播路１に設けられる。騒音伝播路１の一端側には騒音源２が位置しており、騒音伝播路１の他端側の開口１ａから騒音源２が発する騒音が放出される。

騒音伝播路１に設けられた能動騒音制御装置は、参照マイクロホン１１、誤差マイクロホン１２、スピーカ１３、信号処理部１４で構成される。

参照マイクロホン１１（第１のマイクロホン）は、騒音伝播路１において騒音源２側に位置する。誤差マイクロホン１２（第２のマイクロホン）は、騒音伝播路１において開口１ａ側に位置する。スピーカ１３は、騒音伝播路１において、参照マイクロホン１１と誤差マイクロホン１２との間に位置している。すなわち、騒音源２から開口１ａに至るまでに、参照マイクロホン１１、スピーカ１３、誤差マイクロホン１２の順に配置されている。

信号処理部１４は、増幅器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、Ａ／Ｄ変換器１４ｄ，１４ｅ、Ｄ／Ａ変換器１４ｆ、消音制御ブロック１４ｇで構成される。

まず、参照マイクロホン１１は、騒音源２が発生する騒音を集音した信号（騒音信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｄは、予め決められたサンプリング周波数（ここでは、一例として８ｋＨｚとする）で、増幅器１４ａによって増幅された騒音信号をＡ／Ｄ変換した離散値を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｄの出力（離散値）は、サンプリング周期毎に消音制御ブロック１４ｇに入力される。

誤差マイクロホン１２は、誤差マイクロホン１２の設置点（消音点）において、キャンセル音によって消去しきれなかった残留騒音を集音した信号（誤差信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｅは、Ａ／Ｄ変換器１４ｄと同じサンプリング周波数で、増幅器１４ｂによって増幅された誤差信号をＡ／Ｄ変換した離散値を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４ｅの出力（離散値）は、サンプリング周期毎に消音制御ブロック１４ｇに入力される。

消音制御ブロック１４ｇから出力されるキャンセル信号ｙは、Ｄ／Ａ変換器１４ｆによってＤ／Ａ変換された後、増幅器１４ｃで増幅される。スピーカ１３は、増幅器１４ｃで増幅されたキャンセル信号を入力されて、キャンセル音を出力する。

消音制御ブロック１４ｇは、デジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor）で構成される。

そして、消音制御ブロック１４ｇは、消音点における音圧レベルが最小になるよう、騒音源２の騒音を打ち消すキャンセル音をスピーカ１３から出力することによって、騒音源２から開口１ａを通って騒音伝播路１外に伝わる騒音を抑制する。

以下、信号処理部１４の動作について、図４、図５を用いて説明する。なお、スピーカ１３から参照マイクロホン１１に至る音波の伝達関数Ｆ、スピーカ１３から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｃ、参照マイクロホン１１から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｔとする。

消音ブロック１４ｇは、実時間処理部１４１、係数更新部１４３で構成される。

実時間処理部１４１は、ハウリングキャンセルフィルタ１４１ａ、減算器１４１ｂ、消音フィルタ１４１ｃ、フィルタ１４１ｄ、減算器１４１ｅを有する。

係数更新部１４３は、バッファ１４３ａ，１４３ｂ、ＦＦＴ演算器１４３ｃ，１４３ｄ、伝達関数演算器１４３ｅ、同期加算器１４３ｆ、平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇ、係数演算器１４３ｈ、係数記憶部１４３ｉを有する。

実時間処理部１４１において、ハウリングキャンセルフィルタ１４１ａは、スピーカ１３から参照マイクロホン１１に至る音波の伝達関数Ｆを模擬した伝達関数Ｆ＾をフィルタ係数として設定されたタップ長２５６のＦＩＲフィルタである。そして、ハウリングキャンセルフィルタ１４１ａは、消音フィルタ１４１ｃが出力するキャンセル信号ｙに伝達関数Ｆ＾を畳み込み演算する。減算器１４１ｂは、Ａ／Ｄ変換器１４ｄの出力からハウリングキャンセルフィルタ１４１ａの出力を減じた信号を出力する。すなわち、参照マイクロホン１１が集音した対象騒音（騒音源２が発する騒音）の成分ｒ、対象騒音以外のノイズ成分ｎ１とすると、ｒ＋ｎ１＋Ｆ・ｙからＦ＾・ｙを減算した信号が、減算器１４１ｂから出力される。減算器１４１ｂの出力は、消音フィルタ１４１ｃ、係数更新部１４３に入力される。ここで、減算器１４１ｂの出力は、ｒ＋ｎ１とみなすことができる。

消音フィルタ１４１ｃは、係数更新部１４３によってフィルタ係数Ｗを設定されるタップ長２５６のＦＩＲ型の適応フィルタである。そして、消音フィルタ１４１ｃは、減算器１４１ｂの出力ｒ＋ｎ１にフィルタ係数Ｗを畳み込み演算することによって、キャンセル信号ｙを出力する。消音フィルタ１４１ｃが出力するキャンセル信号ｙは、Ｄ／Ａ変換器１４ｆによってＤ／Ａ変換が施された後、増幅器１４ｃで増幅され、スピーカ１３から出力される。キャンセル音の波形は、消音点における騒音波形に対して逆位相、同振幅（ほぼ逆位相、同振幅を含む）となり、騒音源２から騒音伝播路１を伝播して開口１ａから放出される騒音を低減させている。

また、消音フィルタ１４１ｃが出力するキャンセル信号ｙは、フィルタ１４１ｄにも入力される。フィルタ１４１ｄは、スピーカ１３から誤差マイクロホン１２に至る音波の伝達関数Ｃを模擬した伝達関数Ｃ＾をフィルタ係数として設定されたタップ長２５６のＦＩＲフィルタである。そして、フィルタ１４１ｄは、キャンセル信号ｙに伝達関数Ｃ＾を畳み込み演算する。

減算器１４１ｅは、Ａ／Ｄ変換器１４ｅの出力からフィルタ１４１ｄの出力を減算した信号を出力する。減算器１４１ｅの出力は、係数更新部１４３に入力される。すなわち、誤差マイクロホン１２が集音した対象騒音（騒音源２が発する騒音）の成分ｄ、対象騒音以外のノイズ成分ｎ２とすると、ｄ＋ｎ２＋Ｃ・ｙからＣ＾・ｙを減算した信号が、減算器１４１ｅから出力される。減算器１４１ｅの出力は、係数更新部１４３に入力される。ここで、減算器１４１ｅの出力は、ｄ＋ｎ２とみなすことができる。

このように、実時間処理部１４１は、サンプリング周期６１（図５参照）を１周期として、キャンセル音ｙの生成処理、減算器１４１ｂ，１４１ｅの出力処理等を行っている。

そして、係数更新部１４３では、以下の処理を実行する。

まず、バッファ１４３ａ（第１のバッファ）は、減算器１４１ｂの出力ｒ＋ｎ１（第１の離散値）をサンプリング周期６１毎に順次蓄積する。また、バッファ１４３ｂ（第２のバッファ）は、減算器１４１ｅの出力ｄ＋ｎ２（第２の離散値）をサンプリング周期６１毎に順次蓄積する。図５のバッファ期間６２は、バッファ１４３ａ，１４３ｂに２５６サンプル分のデータ（ｒ＋ｎ１，ｄ＋ｎ２）が格納される１周期を示す。バッファ１４３ａ，１４３ｂは、前回のバッファ期間６２における２５６サンプル分のデータを格納した状態で、今回のバッファ期間６２における２５６サンプル分のデータの格納を開始する。すなわち、バッファ１４３ａ，１４３ｂは、少なくともバッファ期間６２の２周期分のデータを格納できる容量を備えている。

そして、バッファ１４３ａに、減算器１４１ｂの出力ｒ＋ｎ１がバッファ期間６２毎に２５６サンプル格納されると、ＦＦＴ演算器１４３ｃは、この２５６サンプルのｒ＋ｎ１に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を実行する。ＦＦＴ演算器１４３ｃは、ｒ＋ｎ１にＦＦＴ処理を施した周波数領域データＲを出力する。

また、バッファ１４３ｂに、減算器１４１ｅの出力ｄ＋ｎ２がバッファ期間６２毎に２５６サンプル格納されると、ＦＦＴ演算器１４３ｄは、この２５６サンプルのｄ＋ｎ２に対してＦＦＴ処理を実行する。ＦＦＴ演算器１４３ｄは、ｄ＋ｎ２にＦＦＴ処理を施した周波数領域データＤを出力する。

伝達関数演算器１４３ｅは、周波数領域データＲ，Ｄに対して、（４）式に示す演算を行って、伝達関数Ｔを算出する。但し、Ｄ^＊は、Ｄの共役複素数を示す。すなわち、伝達関数演算器１４３ｅは、図５のＴ算出期間６３毎に、直前のバッファ期間６２でバッファ１４３ａ，１４３ｂに蓄積されてＦＦＴ処理を施されたデータを用いて、伝達関数Ｔの算出処理を行っている。
Ｔ＝（Ｒ・Ｄ^＊）／（Ｄ・Ｄ^＊） （４）式
そして、同期加算器１４３ｆは、伝達関数演算器１４３ｅが上述の伝達関数Ｔを算出する度に、伝達関数Ｔの同期加算処理を行う。同期加算器１４３ｆは、この同期加算処理の実行回数が規定回数（ここでは、１０００回）に達すると、この１０００回分の同期加算結果を平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇへ出力する。図５の同期加算期間６４は、１０００回のＴ算出期間６３で構成されており、同期加算器１４３ｆは、同期加算期間６４において算出された１０００個の伝達関数Ｔの同期加算を行っている。

平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇ（平均演算器）は、同期加算期間６４に続く演算期間６５において、伝達関数Ｔの平均化処理、伝達関数ＴのＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理を行う。

演算期間６５において、平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇは、１０００個の伝達関数Ｔの同期加算結果を１０００で除することによって、伝達関数Ｔの平均値を算出する。

さらに平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇは、演算期間６５において、伝達関数Ｔの平均値に対してＩＦＦＴ処理を実行する。このＩＦＦＴ処理を実行した伝達関数Ｔの平均値にＴａｖの符号を付す。

そして、係数演算器１４３ｈは、演算期間６５においてフィルタ係数Ｗを算出する。係数記憶部１４３ｉは伝達関数Ｃ＾を記憶しており、係数演算器１４３ｈは、平均化された伝達関数Ｔａｖと、係数記憶部１４３ｉの伝達関数Ｃ＾とを用いて、（５）式に示す演算を行ってフィルタ係数Ｗを算出する。
Ｗ＝−Ｃ＾^−１・Ｔａｖ （５）式
そして、係数演算器１４３ｈは、演算期間６５に続く更新期間６６（図５参照）において、算出したフィルタ係数Ｗを消音フィルタ１４１ｃに設定する。この係数演算器１４３ｈによるフィルタ係数Ｗの更新処理は、サンプリング周波数８ｋＨｚとすると、（１／８０００）×２５６×１０００＝３２秒毎に１回実行されている。

この消音フィルタ１４１ｃに設定されたフィルタ係数Ｗは、同期加算した１０００個の伝達関数Ｔの平均値を用いて算出される。そして、ノイズ成分ｎ１，ｎ２は白色雑音とみなすことができるので、ノイズ成分ｎ１，ｎ２がフィルタ係数Ｗに及ぼす影響は、同期加算処理によって低減されている。したがって、参照マイクロホン１１と誤差マイクロホン１２との間のコヒーレンスが低下した場合でも、高い消音量を維持できるので、コヒーレンス≪１である場合でも高い消音効果を得ることが可能になる。

また、能動騒音制御装置は、フィルタ係数Ｗの更新を定期的に行うことによって、環境の経時変化に適応してフィルタ係数Ｗを更新している。このフィルタ係数Ｗの更新処理は、一定の周期で定期的に実行する構成以外に、音響環境の変化時に随時行う構成であってもよい。例えば、参照マイクロホン１１、または誤差マイクロホン１２、または参照マイクロホン１１および誤差マイクロホン１２の両方が集音した信号に所定以上の変化が生じた場合に、フィルタ係数Ｗの更新処理を実行する。

また、同期加算器１４３ｆが同期加算する伝達関数Ｔの個数が多いほど、平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇで平均化された伝達関数が真の伝達関数Ｔ０（実際の伝達関数Ｔ０）に近付き、係数演算器１４３ｈが算出するフィルタ係数Ｗによる消音効果が増大する。

例えば、１０個の伝達関数Ｔの同期加算を行って平均化された伝達関数Ｔ１、真の伝達関数Ｔ０を図６（ａ）（ｂ）に示す。図６（ａ）は伝達関数の振幅を示し、図６（ｂ）は伝達関数の位相を示す。また、図６（ａ）（ｂ）において、実線は、伝達関数Ｔ１の特性を示し、破線は真の伝達関数Ｔ０の特性を示す。

また、１００個の伝達関数Ｔの同期加算を行って平均化された伝達関数Ｔ２、真の伝達関数Ｔ０を図７（ａ）（ｂ）に示す。図７（ａ）は伝達関数の振幅を示し、図７（ｂ）は伝達関数の位相を示す。また、図７（ａ）（ｂ）において、実線は、伝達関数Ｔ２の特性を示し、破線は真の伝達関数Ｔ０の特性を示す。

また、１０００個の伝達関数Ｔの同期加算を行って平均化された伝達関数Ｔ３、真の伝達関数Ｔ０を図８（ａ）（ｂ）に示す。図８（ａ）は伝達関数の振幅を示し、図８（ｂ）は伝達関数の位相を示す。また、図８（ａ）（ｂ）において、実線は、伝達関数Ｔ３の特性を示し、破線は真の伝達関数Ｔ０の特性を示す。

また、従来技術であるＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いて求めた伝達関数Ｔｓ、真の伝達関数Ｔ０を図９（ａ）（ｂ）に示す。図９（ａ）は伝達関数の振幅を示し、図９（ｂ）は伝達関数の位相を示す。また、図９（ａ）（ｂ）において、実線は、伝達関数Ｔｓの特性を示し、破線は真の伝達関数Ｔ０の特性を示す。

図６（ａ）（ｂ）〜図８（ａ）（ｂ）から、伝達関数Ｔ１より伝達関数Ｔ２、伝達関数Ｔ２より伝達関数Ｔ３のほうが、真の伝達関数Ｔ０により近付いていることが判る。さらに、図６（ａ）（ｂ）〜図９（ａ）（ｂ）から、従来技術で求めた伝達関数Ｔｓより、本実施形態の伝達関数Ｔ１〜Ｔ３のほうが、真の伝達関数Ｔ０により近付いていることが判る。

そして、図１０は、伝達関数Ｔ１を用いて算出されたフィルタ係数Ｗによる消音効果を示す。また、図１１は、伝達関数Ｔ２を用いて算出されたフィルタ係数Ｗによる消音効果を示す。また、図１２は、伝達関数Ｔ３を用いて算出されたフィルタ係数Ｗによる消音効果を示す。また、図１３は、伝達関数Ｔｓを用いて算出されたフィルタ係数Ｗによる消音効果を示す。なお、図１０〜図１３において、実線は、伝達関数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔｓを用いた場合の消音点における音圧（振幅）を示し、破線（Ｔｏｆｆ）はキャンセル音の出力を停止させた場合の消音点における音圧（振幅）を示す。

図１０〜図１２から、伝達関数Ｔ１より伝達関数Ｔ２を用いたフィルタ係数制御、伝達関数Ｔ２より伝達関数Ｔ３を用いたフィルタ係数制御のほうが、消音効果が高いことが判る。また、図１０〜図１３から、従来技術で求めた伝達関数Ｔｓを用いたフィルタ係数制御より、本実施形態の伝達関数Ｔ１〜Ｔ３を用いたフィルタ係数制御のほうが、消音効果が高いことが判る。

このように、本実施形態の能動騒音制御装置は、騒音源２から発せられた音が伝播する騒音伝播路１に設けられて騒音信号を出力する参照マイクロホン１１と、騒音信号に基づいて、騒音源２から発せられた音を打ち消すキャンセル信号を生成する信号処理部１４と、キャンセル信号をキャンセル音として騒音伝播路１に出力するスピーカ１３と、騒音伝播路１において、騒音源２から発せられた音とキャンセル音との合成音を集音して誤差信号を出力する誤差マイクロホン１２とを備える。そして、信号処理部１４は、フィルタ係数を設定され、騒音信号が入力されてキャンセル信号を出力する消音フィルタ１４１ｃと、騒音信号の離散値を所定数格納するバッファ１４３ａと、誤差信号の離散値を所定数格納するバッファ１４３ｂとを備える。さらに、信号処理部１４は、バッファ１４３ａに格納された騒音信号の各離散値とバッファ１４３ｂに格納された誤差信号の各離散値とを用いて、参照マイクロホン１１から誤差マイクロホン１２に至る経路における音の伝達関数Ｔを周波数領域において算出する伝達関数演算器１４３ｅを備える。さらに、信号処理部１４は、伝達関数演算器１４３ｅが算出した複数の伝達関数Ｔを同期加算する同期加算器１４３ｆを備える。さらに、信号処理部１４は、同期加算器１４３ｆの同期加算結果から伝達関数Ｔの平均値を算出する平均／ＩＦＦＴ演算器１４３ｇと、伝達関数Ｔの平均値を用いて消音フィルタ１４１ｃに設定するフィルタ係数Ｗを算出する係数演算器１４３ｈとを備える。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 騒音伝播路
２ 騒音源
１１ 参照マイクロホン（第１のマイクロホン）
１２ 誤差マイクロホン（第２のマイクロホン）
１３ スピーカ
１４ 信号処理部
１４１ｃ 消音フィルタ
１４２ａ バッファ（第１のバッファ）
１４２ｂ バッファ（第２のバッファ）
１４２ｄ 係数演算器
１４２ｅ 同期加算器
１４２ｆ 平均演算器

Claims (2)

1. 騒音源から発せられた音が伝播する空間に設けられて騒音信号を出力する第１のマイクロホンと、
   前記騒音信号に基づいて、前記騒音源から発せられた音を打ち消すキャンセル信号を生成する信号処理部と、
   前記キャンセル信号をキャンセル音として前記空間に出力するスピーカと、
   前記空間において、前記騒音源から発せられた音と前記キャンセル音との合成音を集音して誤差信号を出力する第２のマイクロホンとを備え、
   前記信号処理部は、
   フィルタ係数を設定され、前記騒音信号が入力されて前記キャンセル信号を出力する消音フィルタと、
   前記騒音信号に基づく第１の離散値を所定数格納する第１のバッファと、
   前記誤差信号に基づく第２の離散値を前記所定数格納する第２のバッファと、
   前記第１のバッファに格納された前記第１の離散値と前記第２のバッファに格納された前記第２の離散値とを用いて最小二乗規範演算を行うことによって前記フィルタ係数を算出する係数演算器と、
   前記係数演算器が算出した複数の前記フィルタ係数を同期加算する同期加算器と、
   前記同期加算器の同期加算結果から前記フィルタ係数の平均値を算出し、この算出した平均値を前記消音フィルタの前記フィルタ係数に設定する平均演算器とで構成される
   ことを特徴とする能動騒音制御装置。
2. 騒音源から発せられた音が伝播する空間に設けられて騒音信号を出力する第１のマイクロホンと、
   前記騒音信号に基づいて、前記騒音源から発せられた音を打ち消すキャンセル信号を生成する信号処理部と、
   前記キャンセル信号をキャンセル音として前記空間に出力するスピーカと、
   前記空間において、前記騒音源から発せられた音と前記キャンセル音との合成音を集音して誤差信号を出力する第２のマイクロホンとを備え、
   前記信号処理部は、
   フィルタ係数を設定され、前記騒音信号が入力されて前記キャンセル信号を出力する消音フィルタと、
   前記騒音信号に基づく第１の離散値を所定数格納する第１のバッファと、
   前記誤差信号に基づく第２の離散値を前記所定数格納する第２のバッファと、
   前記第１のバッファに格納された前記第１の離散値と前記第２のバッファに格納された前記第２の離散値とを用いて、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンに至る経路における音の伝達関数を周波数領域において算出する伝達関数演算器と、
   前記伝達関数演算器が算出した複数の前記伝達関数を同期加算する同期加算器と、
   前記同期加算器の同期加算結果から前記伝達関数の平均値を算出する平均演算器と、
   前記伝達関数の平均値を用いて前記消音フィルタに設定する前記フィルタ係数を算出する係数演算器とで構成される
   ことを特徴とする能動騒音制御装置。

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