JP2021043472A - Active noise control device - Google Patents

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野原 学
Manabu Nohara
学 野原
晃広 井関
Akihiro Iseki
晃広 井関
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Abstract

To provide a non-closed type active noise control device that can effectively eliminate random noise such as road noise and is suitable for use in a vehicular cabin and the like.SOLUTION: An active noise control device detects noise, and delays the phase of a signal of the detected noise in a low-frequency band. Since in the non-closed type noise control device, a phenomenon in which the phase of the signal of noise in the low-frequency band advances occurs, correction of delaying the phase with correction means for compensation is performed. Then, noise is reduced by outputting a noise reduction sound on the basis of the signal of noise whose phase is corrected.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、能動型騒音制御技術に関する。 The present invention relates to an active noise control technique.

外部の騒音を、スピーカから出力する音で打ち消すことにより消音するアクティブノイズコントロール技術が知られている。例えば、特許文献1は、フィードフォワード方式のアクティブノイズコントロールにより車室内騒音を低減する、開放型の車室内騒音低減装置を記載している。また、特許文献2は、フィードバック方式によりスピーカからノイズキャンセル用の信号を出力することでノイズレベルを低減する、密閉型のヘッドホン用ノイズキャンセル装置を記載している。 There is known an active noise control technology that cancels external noise with the sound output from a speaker. For example, Patent Document 1 describes an open-type vehicle interior noise reducing device that reduces vehicle interior noise by a feedforward type active noise control. Further, Patent Document 2 describes a noise canceling device for closed headphones that reduces the noise level by outputting a noise canceling signal from a speaker by a feedback method.

特開平9−288489号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-288489 特開2007−259246号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-259246

車室内においては、車のロードノイズなどのランダムノイズを消音することが求められる。特許文献1の手法は、フィードフォワード制御を行っているため、参照信号を必要とする。しかし、フィードフォワード制御では、参照信号とロードノイズなどのランダムノイズとの相関が低い、因果性を満たさないなどの理由から十分な消音効果を得ることが難しい。よって、ロードノイズを消音するためには、参照信号を必要としないフィードバック制御を行うことが望ましい。 In the passenger compartment, it is required to mute random noise such as road noise of a car. Since the method of Patent Document 1 performs feedforward control, a reference signal is required. However, in feedforward control, it is difficult to obtain a sufficient muffling effect because the correlation between the reference signal and random noise such as road noise is low and the causality is not satisfied. Therefore, in order to mute the road noise, it is desirable to perform feedback control that does not require a reference signal.

この点、特許文献2の手法はフィードバック制御を行っているため、ランダムノイズの消音効果は高い。しかしながら、特許文献2の装置は密閉型のヘッドフォンタイプであるため耳への圧迫感があり、また、外部の音が聞こえなくなるため車室内の使用には適さない。 In this respect, since the method of Patent Document 2 performs feedback control, the effect of silencing random noise is high. However, since the device of Patent Document 2 is a closed headphone type, there is a feeling of pressure on the ears, and since the outside sound cannot be heard, it is not suitable for use in the vehicle interior.

本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、ロードノイズなどのランダムノイズを効果的に消音することができ、車室内などでの使用に適した非密閉型の能動型騒音制御装置を提供することを目的とする。 Examples of the problems to be solved by the present invention include the above. An object of the present invention is to provide a non-sealed active noise control device that can effectively mute random noise such as road noise and is suitable for use in a vehicle interior or the like.

請求項1に記載の発明は、非密閉型の構造を有し、フィードバック制御を行う能動型騒音制御装置において、ノイズを検出する検出手段と、検出されたノイズの信号の低周波帯域におけるゲインを増加させる補正手段と、補正されたノイズの信号に基づいて、前記ノイズを低減させるノイズ低減音を出力する出力手段と、を有することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, in an active noise control device having a non-sealed structure and performing feedback control, a detection means for detecting noise and a gain of the detected noise signal in a low frequency band can be obtained. It is characterized by having a correction means for increasing and an output means for outputting a noise reduction sound for reducing the noise based on the corrected noise signal.

密閉型及び非密閉型の能動型騒音制御装置の構成を模式的に示す。The configurations of the closed type and non-closed type active noise control devices are schematically shown. 密閉型及び非密閉型の騒音制御装置による騒音のキャンセル効果を示す。The noise canceling effect of the closed type and non-sealed type noise control devices is shown. 密閉型の騒音制御装置の構成、及び、シェルフフィルタの特性を示す。The configuration of the closed noise control device and the characteristics of the shelf filter are shown. 密閉型及び単純開放型の騒音制御装置の特性を示す。The characteristics of the closed type and simple open type noise control devices are shown. 単純開放型の騒音制御装置の特性及び騒音のキャンセル効果を示す。The characteristics of the simple open type noise control device and the noise canceling effect are shown. 実施例に係る非密閉型の騒音制御装置の構成を示す。The configuration of the non-sealed noise control device according to the embodiment is shown. ローブーストフィルタの特性を示す。The characteristics of the low boost filter are shown.

実施例に係る騒音制御装置の特性及び騒音のキャンセル効果を示す。The characteristics of the noise control device and the noise canceling effect according to the embodiment are shown. 実施例に係る騒音制御装置による騒音制御処理のフローチャートである。It is a flowchart of the noise control processing by the noise control device which concerns on Example. 単純開放型及び非密閉型の騒音制御装置による騒音のキャンセル効果を示す。The noise canceling effect of the simple open type and non-sealed type noise control devices is shown. 実施例に係る騒音制御装置を車両に搭載した例を示す平面図である。It is a top view which shows the example which mounted the noise control device which concerns on embodiment on a vehicle. スピーカとマイクの配置例を示す。An example of arranging the speaker and the microphone is shown. 実施例に係る騒音制御装置の変形例を示す。A modification of the noise control device according to the embodiment is shown.

本発明の好適な実施形態では、非密閉型の構造を有し、フィードバック制御を行う能動型騒音制御装置は、ノイズを検出する検出手段と、検出されたノイズの信号の低周波帯域における位相を遅延させる補正手段と、補正されたノイズの信号に基づいて、前記ノイズを低減させるノイズ低減音を出力する出力手段と、を有する。 In a preferred embodiment of the present invention, an active noise control device having a non-sealed structure and performing feedback control determines a detection means for detecting noise and a phase of the detected noise signal in a low frequency band. It has a correction means for delaying and an output means for outputting a noise reduction sound for reducing the noise based on the corrected noise signal.

上記の能動型騒音制御装置は、ノイズを検出し、検出されたノイズの信号の低周波帯域における位相を遅延させる。非密閉型の騒音制御装置では、低周波帯域におけるノイズの信号の位相が進む現象が起きるので、補正手段により位相を遅延させて相殺する補正を行う。そして、位相が補正されたノイズの信号に基づいて、ノイズ低減音を出力することにより、ノイズを低減する。好適な例では、上記の能動型騒音制御装置は、車室内に備えられる。 The active noise control device described above detects noise and delays the phase of the detected noise signal in the low frequency band. In a non-sealed noise control device, a phenomenon occurs in which the phase of a noise signal advances in a low frequency band, so correction is performed by delaying the phase by a correction means to cancel the phase. Then, the noise is reduced by outputting the noise reduction sound based on the phase-corrected noise signal. In a preferred example, the active noise control device described above is provided in the vehicle interior.

上記の能動型騒音制御装置の一態様では、前記補正手段は、低周波帯域において、周波数が低くなるほど位相を遅延させつつ、ゲインを上げていく特性を有するフィルタで補正する。これにより、低周波帯域における位相を適切に補正することができる。 In one aspect of the active noise control device, the correction means corrects with a filter having a characteristic of increasing the gain while delaying the phase as the frequency becomes lower in the low frequency band. As a result, the phase in the low frequency band can be appropriately corrected.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様では、前記出力手段はキャビネットを有するスピーカであり、前記スピーカが備えられるキャビネットの容量に応じて、騒音制御が可能な低周波帯域を変化させる。 In another aspect of the active noise control device, the output means is a speaker having a cabinet, and the low frequency band in which noise can be controlled is changed according to the capacity of the cabinet provided with the speaker.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様では、前記出力手段の振動板のサイズまたは重量に応じて、騒音制御が可能な低周波帯域を変化させる。 In another aspect of the active noise control device described above, the low frequency band in which noise control is possible is changed according to the size or weight of the diaphragm of the output means.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様では、前記検出手段と前記出力手段とが設置される距離は、可能な限り近くすることが好ましい。これにより、ノイズ低減効果が得られる制御帯域を広げることが可能となる。好適には、前記検出手段と前記出力手段とが設置される距離は、前記出力手段の振動板の最大振幅時に前記検出手段が前記出力手段に接触しない範囲で最小とする。 In another aspect of the active noise control device described above, it is preferable that the distance between the detection means and the output means is as close as possible. This makes it possible to widen the control band in which the noise reduction effect can be obtained. Preferably, the distance between the detection means and the output means is set to the minimum as long as the detection means does not come into contact with the output means at the maximum amplitude of the diaphragm of the output means.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様では、前記検出手段の指向特性のゲインが高い方向が、前記出力手段の方向に向いている。これにより、ノイズ低減効果が得られる制御帯域を広げることができる。 In another aspect of the active noise control device, the direction in which the gain of the directivity of the detection means is high is directed to the direction of the output means. As a result, the control band from which the noise reduction effect can be obtained can be widened.

好適な例では、前記検出手段と前記出力手段は、ユーザの左右の耳の位置にそれぞれ1つずつ設置される。 In a preferred example, the detection means and the output means are installed one by one at the positions of the left and right ears of the user.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様は、前記出力手段と前記検出手段の距離を保った状態で、聞き手の状態に応じた位置に三次元的に配置することを可能とする。これにより、ユーザの状態に応じて能動型騒音制御装置の位置が変化した場合でも、出力手段と検出手段の距離を保ち、ノイズ低減効果を維持することができる。 Another aspect of the active noise control device is that the output means and the detection means can be three-dimensionally arranged at a position according to the state of the listener while maintaining the distance between the output means and the detection means. As a result, even when the position of the active noise control device changes according to the state of the user, the distance between the output means and the detection means can be maintained, and the noise reduction effect can be maintained.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様は、前記出力手段と保護材との間に前記検出手段が設けられる。これにより、ユーザの耳などが検出手段に直接接触することが防止できる。 In another aspect of the active noise control device, the detection means is provided between the output means and the protective material. This makes it possible to prevent the user's ears and the like from coming into direct contact with the detection means.

上記の能動型騒音制御装置の他の一態様は、一部密閉型の構造を有する。これにより、ノイズの信号の低周波帯域における位相の進みを抑制することができ、ノイズ低減効果が得られる制御帯域を広げることができる。 Another aspect of the active noise control device described above has a partially sealed structure. As a result, the phase advance of the noise signal in the low frequency band can be suppressed, and the control band in which the noise reduction effect can be obtained can be widened.

本発明の他の好適な実施形態は、非密閉型の構造を有し、フィードバック制御を行う能動型騒音制御装置によって実行される能動型騒音制御方法であって、ノイズを検出する検出工程と、検出されたノイズの信号の低周波帯域における位相を遅延させる補正工程と、補正されたノイズの信号に基づいて、前記ノイズを低減させるノイズ低減音を出力する出力工程と、を有する。この方法においても、非密閉型の構造に起因して低周波帯域でノイズの信号の位相が進む分を、補正手段により位相を遅延させて相殺する。そして、補正されたノイズの信号に基づいて、ノイズ低減音を出力することにより、ノイズを低減する。 Another preferred embodiment of the present invention is an active noise control method executed by an active noise control device having a non-sealed structure and performing feedback control, wherein a detection step for detecting noise and a detection step are performed. It has a correction step of delaying the phase of the detected noise signal in the low frequency band, and an output step of outputting a noise reduction sound for reducing the noise based on the corrected noise signal. Also in this method, the phase of the noise signal that advances in the low frequency band due to the non-sealed structure is offset by delaying the phase by the correction means. Then, the noise is reduced by outputting the noise reduction sound based on the corrected noise signal.

本発明の他の好適な実施形態では、非密閉型の構造を有し、コンピュータを備え、フィードバック制御を行う能動型騒音制御装置によって実行されるプログラムは、ノイズを検出する検出手段、検出されたノイズの信号の低周波帯域における位相を遅延させる補正手段、補正されたノイズの信号に基づいて、前記ノイズを低減させるノイズ低減音を出力する出力手段、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記の能動型騒音制御装置を実現することができる。このプログラムは、記憶媒体に記憶して取り扱うことができる。 In another preferred embodiment of the present invention, a program executed by an active noise control device having a non-sealed structure, including a computer and performing feedback control, is a detection means for detecting noise, detected. The computer functions as a correction means for delaying the phase of a noise signal in a low frequency band and an output means for outputting a noise reduction sound for reducing the noise based on the corrected noise signal. By executing this program on a computer, the above-mentioned active noise control device can be realized. This program can be stored and handled in a storage medium.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[1]密閉型及び単純開放型の騒音制御装置
図1(A)は、密閉型の能動型騒音制御装置(以下、単に「騒音制御装置」とも呼ぶ。)の構成を模式的に示す。密閉型の騒音制御装置3は、ヘッドホン型の筐体5を有し、ユーザ1の耳2を覆うように装着される。騒音制御装置3は、筐体5の内部にスピーカ、マイク、フィルタ部などの内部ユニット4が設けられる。内部ユニット4は、フィードバック方式のアクティブノイズコントロールを行うように構成される。しかし、このような密閉型の騒音制御装置3では、ユーザ1の耳2が筐体5により覆われるため、車室内で運転者などが装着するには適さない。
[1] Closed Type and Simple Open Type Noise Control Device FIG. 1A schematically shows the configuration of a closed type active noise control device (hereinafter, also simply referred to as “noise control device”). The closed-type noise control device 3 has a headphone-type housing 5, and is worn so as to cover the user 1's ear 2. The noise control device 3 is provided with an internal unit 4 such as a speaker, a microphone, and a filter unit inside the housing 5. The internal unit 4 is configured to perform feedback-type active noise control. However, in such a closed type noise control device 3, since the ear 2 of the user 1 is covered by the housing 5, it is not suitable for being worn by a driver or the like in the vehicle interior.

図1(B)は、非密閉型(開放型)の騒音制御装置の構成を模式的に示す。具体的に、図1(B)に示す非密閉型の騒音制御装置6は、図1(A)に示す密閉型の騒音制御装置3の筐体5を除去し、内部ユニット4のみで構成したものである。なお、後述する実施例に係る非密閉型の騒音制御装置と区別するため、この非密閉型(開放型)の騒音制御装置を「単純開放型」の騒音制御装置6と呼ぶ。単純開放型の騒音制御装置6は、ユーザ1の耳2を覆う筐体が無いため、装着したユーザ1は外部の音を支障なく聞くことができ、車室内などでの使用に適している。 FIG. 1B schematically shows the configuration of a non-sealed (open type) noise control device. Specifically, the non-sealed noise control device 6 shown in FIG. 1 (B) is composed of only the internal unit 4 by removing the housing 5 of the closed noise control device 3 shown in FIG. 1 (A). It is a thing. In order to distinguish from the non-sealed noise control device according to the embodiment described later, this non-sealed (open type) noise control device is referred to as a "simple open type" noise control device 6. Since the simple open type noise control device 6 does not have a housing that covers the ears 2 of the user 1, the user 1 who wears the noise control device 6 can hear external sounds without any trouble, and is suitable for use in a vehicle interior or the like.

しかしながら、密閉型の騒音制御装置3から筐体5を除去して単純開放型の騒音制御装置6を構成した場合、低域で消音効果が低下してしまうという問題が、必ず発生することがわかった。図2は、密閉型及び単純開放型の騒音制御装置による騒音のキャンセル効果(単に「キャンセル効果」又は「消音効果」とも呼ぶ。)を示すグラフである。具体的に、図2(A)は、図1(A)に示す密閉型の騒音制御装置3によるキャンセル効果を示し、図2(B)は、図1(B)に示す単純開放型の騒音制御装置6によるキャンセル効果を示す。図2(A)、2(B)において、横軸は周波数を示し、縦軸はキャンセル効果を示す。なお、キャンセル効果は図中の下に行くほど大きく、上に行くほど小さいものとする。即ち、縦軸の値がマイナスの場合は消音となり、プラスの場合は増音となる。 However, it has been found that when the housing 5 is removed from the closed type noise control device 3 to form the simple open type noise control device 6, the problem that the muffling effect is lowered in the low frequency range always occurs. It was. FIG. 2 is a graph showing a noise canceling effect (also simply referred to as “cancellation effect” or “silence effect”) by a closed type and a simple open type noise control device. Specifically, FIG. 2 (A) shows the canceling effect of the closed noise control device 3 shown in FIG. 1 (A), and FIG. 2 (B) shows the simple open type noise shown in FIG. 1 (B). The canceling effect of the control device 6 is shown. In FIGS. 2 (A) and 2 (B), the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the canceling effect. The canceling effect is greater toward the bottom of the figure and smaller toward the top. That is, when the value on the vertical axis is negative, the sound is muted, and when the value on the vertical axis is positive, the sound is increased.

図2(A)に示すように、密閉型の騒音制御装置3では、全帯域において騒音のキャンセル効果が得られている。これに対して、図2(B)に示すように、単純開放型の騒音制御装置6では、低域の破線70で示す帯域において、騒音のキャンセル効果が低下し、増音している。この原因について説明する。 As shown in FIG. 2A, the closed noise control device 3 has a noise canceling effect in all bands. On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the simple open type noise control device 6, the noise canceling effect is reduced and the sound is increased in the band indicated by the broken line 70 in the low frequency band. The cause of this will be described.

図3(A)は、図1(A)に示す密閉型の騒音制御装置3の回路構成を示す。密閉型の騒音制御装置3は、加算器11と、スピーカ12と、マイク13と、シェルフフィルタ(Shelf Filter)14とを備えるフィードバック回路として構成される。なお、スピーカ12からマイク13までの伝達関数を「C」とする。また、矢印80で示すスピーカ12からシェルフフィルタ14までの特性を「一巡伝達関数」と呼ぶ。 FIG. 3A shows the circuit configuration of the closed noise control device 3 shown in FIG. 1A. The closed noise control device 3 is configured as a feedback circuit including an adder 11, a speaker 12, a microphone 13, and a shelf filter (Self Filter) 14. The transfer function from the speaker 12 to the microphone 13 is defined as "C". Further, the characteristics from the speaker 12 to the shelf filter 14 indicated by the arrow 80 are referred to as a “circular transfer function”.

図3(B)は、図3(A)に示すシェルフフィルタ14の周波数特性及び位相特性を示す。シェルフフィルタ14は、破線90に示すように高域でゲイン(パワー)を低下させるとともに、破線91に示すように位相を0度(°)付近に維持して位相遅れを生じさせないようにする。 FIG. 3B shows the frequency characteristics and the phase characteristics of the shelf filter 14 shown in FIG. 3A. The shelf filter 14 reduces the gain (power) in the high frequency range as shown by the broken line 90, and maintains the phase near 0 degrees (°) as shown by the broken line 91 so as not to cause a phase delay.

図4(A)は、図3(A)のように構成された密閉型の騒音制御装置3の周波数特性及び位相特性を示す。密閉型の騒音制御装置3の場合、周波数特性はほぼフラットであり、位相特性も低域から中域にわたって位相の変動がない。これにより、密閉型の騒音制御装置3では所望の消音効果が得られる。 FIG. 4A shows the frequency characteristics and the phase characteristics of the closed noise control device 3 configured as shown in FIG. 3A. In the case of the closed type noise control device 3, the frequency characteristic is substantially flat, and the phase characteristic also has no phase fluctuation from the low range to the middle range. As a result, the desired noise reduction effect can be obtained in the closed noise control device 3.

一方、図3(A)に示す回路構成のままで、密閉型の騒音制御装置3から筐体5を除去してなる単純開放型の騒音制御装置6を考える。単純開放型の騒音制御装置6の周波数特性及び位相特性は図4(B)のようになる。単純開放型の騒音制御装置6では、図4(B)の破線71に示すように低域のゲインが低下し、これに伴って破線72に示すように低域で位相が進む。これが原因で、図2(B)に示すように、単純開放型の騒音制御装置6では低域でキャンセル効果が低下する。 On the other hand, consider a simple open type noise control device 6 in which the housing 5 is removed from the closed type noise control device 3 while keeping the circuit configuration shown in FIG. 3 (A). The frequency characteristics and phase characteristics of the simple open type noise control device 6 are as shown in FIG. 4 (B). In the simple open type noise control device 6, the gain in the low frequency band decreases as shown by the broken line 71 in FIG. 4B, and the phase advances in the low frequency band accordingly as shown by the broken line 72. Due to this, as shown in FIG. 2B, the canceling effect is reduced in the low frequency range in the simple open type noise control device 6.

この点について詳しく説明する。図5は、単純開放型の騒音制御装置6の一巡伝達関数の周波数特性及び位相特性、並びに、キャンセル効果を示す。なお、一巡伝達特性は、図3(A)の矢印80で示すものである。また、キャンセル効果は、マイク13の位置での音圧を示している。 This point will be described in detail. FIG. 5 shows the frequency characteristics and phase characteristics of the one-round transfer function of the simple open type noise control device 6, and the canceling effect. The one-round transmission characteristic is indicated by the arrow 80 in FIG. 3 (A). The cancel effect indicates the sound pressure at the position of the microphone 13.

フィードバック制御理論に基づけば、図3(A)のフィードバック回路において騒音をキャンセルするための条件は、一巡伝達関数において、
(条件1)位相が±90度以内であること、及び
(条件2)ゲインが大きいこと、
となる。条件1を満たさない場合は増音してしまう。また、条件1を満たさない場合、ゲインが大きいほど増音量は大きくなる。この点について検討すると、図5に示す一巡伝達関数の位相特性においては、破線74で示すように、低域において位相が±90度を超えてしまっており、条件1を満たさないため増音してしまう。また、周波数特性においては、破線73で示すように、同じ帯域において条件1を満たさずゲインが0dB付近となっているために増音し発振に近い状態となっている(条件1を満たさずゲインが0dBより大きくなると発振の危険性が高くなる。)その結果、キャンセル効果のグラフにおいて破線75に示すように、低域でキャンセル効果がなく、10dB程度増音してしまっている。
Based on the feedback control theory, the condition for canceling noise in the feedback circuit of FIG. 3 (A) is in the one-round transfer function.
(Condition 1) The phase is within ± 90 degrees, and (Condition 2) The gain is large.
Will be. If condition 1 is not satisfied, the sound will be increased. Further, when the condition 1 is not satisfied, the larger the gain, the larger the volume increase. Examining this point, in the phase characteristics of the one-circle transfer function shown in FIG. 5, as shown by the broken line 74, the phase exceeds ± 90 degrees in the low frequency range, and the sound is increased because the condition 1 is not satisfied. It ends up. Further, in the frequency characteristics, as shown by the broken line 73, the condition 1 is not satisfied in the same band and the gain is in the vicinity of 0 dB, so that the sound is increased and the gain is close to the oscillation (the gain is not satisfied in the condition 1). As a result, as shown by the broken line 75 in the graph of the canceling effect, there is no canceling effect in the low frequency range, and the sound is increased by about 10 dB.

[2]実施例に係る非密閉型の騒音制御装置
(構成)
以上より、本実施例では、上記のキャンセル効果の低下を防止すべく、フィードバック制御回路にフィルタを追加する。図6は、実施例に係る非密閉型の騒音制御装置10の構成を示す。なお、実施例に係る騒音制御装置10を「非密閉型」と呼び、前述の単純開放型の騒音制御装置6と区別する。
[2] Non-sealed noise control device according to the embodiment (configuration)
From the above, in this embodiment, a filter is added to the feedback control circuit in order to prevent the above-mentioned decrease in the canceling effect. FIG. 6 shows the configuration of the non-sealed noise control device 10 according to the embodiment. The noise control device 10 according to the embodiment is referred to as a "non-sealed type" to distinguish it from the above-mentioned simple open type noise control device 6.

非密閉型の騒音制御装置10は、図3(A)に示す密閉型の騒音制御装置3の構成に加えて、ローブーストフィルタ(Low Boost Filter)15を備える。図7(A)は、ローブーストフィルタ15の周波数特性及び位相特性を示す。周波数特性に示すように、ローブーストフィルタ15は低域のゲインを増加させる。より具体的には、周波数が低くなるほど、ゲインを増大させる。また、位相特性の破線76に示すように、ローブーストフィルタ15は、位相を遅らせる。なお、図6において、シェルフフィルタ14とローブーストフィルタ15の位置を入れ替えても構わない。 The non-sealed noise control device 10 includes a low boost filter 15 in addition to the configuration of the closed noise control device 3 shown in FIG. 3 (A). FIG. 7A shows the frequency characteristic and the phase characteristic of the low boost filter 15. As shown in the frequency response, the low boost filter 15 increases the low frequency gain. More specifically, the lower the frequency, the higher the gain. Further, as shown by the broken line 76 of the phase characteristic, the low boost filter 15 delays the phase. In FIG. 6, the positions of the shelf filter 14 and the low boost filter 15 may be exchanged.

なお、上記の構成において、スピーカは本発明の出力手段の一例であり、マイク13は本発明の検出手段の一例であり、ローブーストフィルタ15は本発明の補正手段の一例である。 In the above configuration, the speaker is an example of the output means of the present invention, the microphone 13 is an example of the detection means of the present invention, and the low boost filter 15 is an example of the correction means of the present invention.

図8は、非密閉型の騒音制御装置10の一巡伝達関数の周波数特性及び位相特性、並びに、キャンセル効果を示す。なお、この一巡伝達関数は、図6における矢印81で示されるものである。周波数特性においては、破線77に示すように、低域でゲインが増大され、0dB以上となっている。これは、前述のように、ローブーストフィルタ15が低域のゲインを増大させる特性を有するからである。また、位相特性においては、破線78に示すように、低域で位相が補正され、位相が理想的な0度の状態となっている。これは、前述のように、ローブーストフィルタ15が位相を遅らせる特性を有するからである。即ち、ローブーストフィルタ15を挿入することにより、図5に示す単純開放型の騒音制御装置6の特性において、破線73に示す周波数特性における低域のゲイン不足を補うとともに、位相を遅らせることによって破線74に示す位相特性における位相の進みを相殺する。こうして、ローブーストフィルタ15により、位相が±90度以内となり、かつ、ゲインが0dB以上となるため、前述の条件1及び条件2が満足される。その結果、図8の破線79に示すように、低域におけるキャンセル効果が確保される。 FIG. 8 shows the frequency characteristics and phase characteristics of the one-round transfer function of the non-sealed noise control device 10, and the canceling effect. This one-round transfer function is indicated by the arrow 81 in FIG. In the frequency characteristics, as shown by the broken line 77, the gain is increased in the low frequency range and becomes 0 dB or more. This is because, as described above, the low boost filter 15 has a characteristic of increasing the gain in the low frequency range. Further, in the phase characteristic, as shown by the broken line 78, the phase is corrected in the low frequency range, and the phase is in an ideal state of 0 degrees. This is because, as described above, the low boost filter 15 has a property of delaying the phase. That is, by inserting the low boost filter 15, the characteristic of the simple open type noise control device 6 shown in FIG. 5 is compensated for the lack of gain in the low frequency range in the frequency characteristic shown by the broken line 73, and the broken line is delayed by delaying the phase. The phase advance in the phase characteristic shown in 74 is canceled out. In this way, the low boost filter 15 makes the phase within ± 90 degrees and the gain becomes 0 dB or more, so that the above-mentioned conditions 1 and 2 are satisfied. As a result, as shown by the broken line 79 in FIG. 8, the canceling effect in the low frequency range is ensured.

なお、ローブーストフィルタ15は、例えば、図7(B)に示す1次フィルタを4個直列接続したフィルタとして構成される。この場合、ローブーストフィルタ15の個数は、単純開放型の騒音制御装置6において発生する位相進みを相殺するために必要な位相遅れを実現するように決定される。 The low boost filter 15 is configured as, for example, a filter in which four primary filters shown in FIG. 7B are connected in series. In this case, the number of low boost filters 15 is determined to realize the phase delay required to cancel the phase lead generated in the simple open type noise control device 6.

(動作)
次に、実施例に係る非密閉型の騒音制御装置10の動作について説明する。図9は、騒音制御装置10による騒音制御処理のフローチャートである。この処理は、図6に示す騒音制御装置10の構成要素により実行される。
(motion)
Next, the operation of the non-sealed noise control device 10 according to the embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart of noise control processing by the noise control device 10. This process is performed by the components of the noise control device 10 shown in FIG.

まず、マイク13が周囲のノイズを集音する(ステップS10)。集音された信号はローブーストフィルタ15に供給され、ローブーストフィルタ15は前述のように信号の低域の位相及びゲインを補正する(ステップS11)。次に、シェルフフィルタ14は、信号の高域のゲインを下げつつ、位相遅延を抑える(ステップS12)。シェルフフィルタ14の出力は加算器11に入力され、加算器は目標値0との差分を演算することにより、ノイズと逆位相のキャンセル信号を生成してスピーカ12に供給する。そして、スピーカ12は、キャンセル信号に基づいて、ノイズと逆位相であるノイズ低減音(「キャンセル音」とも呼ぶ。)を出力する。これにより、ノイズがキャンセルされる。 First, the microphone 13 collects ambient noise (step S10). The collected signal is supplied to the low boost filter 15, and the low boost filter 15 corrects the low-frequency phase and gain of the signal as described above (step S11). Next, the shelf filter 14 suppresses the phase delay while lowering the gain in the high frequency range of the signal (step S12). The output of the shelf filter 14 is input to the adder 11, and the adder calculates a difference from the target value 0 to generate a cancel signal having a phase opposite to that of noise and supplies it to the speaker 12. Then, the speaker 12 outputs a noise reduction sound (also referred to as “cancellation sound”) having a phase opposite to the noise based on the cancel signal. This cancels the noise.

なお、図6では、騒音制御装置10の回路をアナログ回路として示しているが、これをデジタル回路として構成してもよい。具体的には、マイク13の出力側にA/D変換器を設け、スピーカ12の入力側にD/A変換器を設け、加算器11、シェルフフィルタ14及びローブーストフィルタ15をデジタル回路として構成する。また、スピーカ12とマイク13以外の部分をDSPなどのコンピュータにより構成してもよい。 Although the circuit of the noise control device 10 is shown as an analog circuit in FIG. 6, this may be configured as a digital circuit. Specifically, an A / D converter is provided on the output side of the microphone 13, a D / A converter is provided on the input side of the speaker 12, and the adder 11, the shelf filter 14, and the low boost filter 15 are configured as digital circuits. To do. Further, the parts other than the speaker 12 and the microphone 13 may be configured by a computer such as a DSP.

(騒音のキャンセル効果)
図10(A)は、ローブーストフィルタを有しない単純開放型の騒音制御装置6のキャンセル効果を示し、図10(B)は、ローブーストフィルタを有する非密閉型の騒音制御装置10のキャンセル効果を示す。図10(A)の破線83に示すように、ローブーストフィルタを設けない場合には低域でキャンセル効果が低下し、増音している。これに対し、図10(B)の破線84に示すように、ローブーストフィルタを設けることにより低域のキャンセル効果が確保されている。
(Noise canceling effect)
FIG. 10A shows the canceling effect of the simple open type noise control device 6 having no low boost filter, and FIG. 10B shows the canceling effect of the non-sealed noise control device 10 having the low boost filter. Is shown. As shown by the broken line 83 in FIG. 10A, when the low boost filter is not provided, the canceling effect is reduced in the low frequency range and the sound is increased. On the other hand, as shown by the broken line 84 in FIG. 10B, the low-frequency canceling effect is ensured by providing the low boost filter.

(設置例)
次に、実施例に係る非密閉型の騒音制御装置10の設置例を説明する。図11は、騒音制御装置10を車両20に搭載した例を示す。この例では、騒音制御装置10は車両の運転席側に設置されている。具体的に、左右の一対のスピーカ12及びマイク13が運転席のシートに取り付けられている。例えば、スピーカ12及びマイク13は、運転席のシートのヘッドレストの左右に設けられる。これにより、スピーカ12及びマイク13は、運転席に座ったユーザの左右の耳の近傍に位置することになる。
(Example of installation)
Next, an installation example of the non-sealed noise control device 10 according to the embodiment will be described. FIG. 11 shows an example in which the noise control device 10 is mounted on the vehicle 20. In this example, the noise control device 10 is installed on the driver's seat side of the vehicle. Specifically, a pair of left and right speakers 12 and a microphone 13 are attached to the driver's seat. For example, the speaker 12 and the microphone 13 are provided on the left and right sides of the headrest of the driver's seat. As a result, the speaker 12 and the microphone 13 are located near the left and right ears of the user sitting in the driver's seat.

また、騒音制御装置10は、スピーカ21に供給される信号を増幅するためのスピーカアンプ21と、フィルタ部22と、マイク13の出力信号を増幅するマイクアンプ23と、を備える。フィルタ部22は、図6に示すフィードバック制御回路におけるシェルフフィルタ14、ローブーストフィルタ15、加算器11などを含む。 Further, the noise control device 10 includes a speaker amplifier 21 for amplifying a signal supplied to the speaker 21, a filter unit 22, and a microphone amplifier 23 for amplifying an output signal of the microphone 13. The filter unit 22 includes a shelf filter 14, a low boost filter 15, an adder 11, and the like in the feedback control circuit shown in FIG.

車両を走行させるとロードノイズなどのランダムノイズが発生するが、このように非密閉型の騒音制御装置10を車室内に設置することにより、運転者の耳元でロードノイズなどのランダムノイズをキャンセルし、運転者に聞こえなくすることができる。 Random noise such as road noise is generated when the vehicle is driven. By installing the non-sealed noise control device 10 in the vehicle interior in this way, random noise such as road noise is canceled by the driver's ear. , Can be made inaudible to the driver.

スピーカ12は、通常、キャビネットを有するスピーカ、いわゆる箱型スピーカとして構成される。この場合、スピーカを構成するキャビネットの容量(容積)を大きくすることにより、騒音制御装置10によりキャンセル効果が得られる周波数帯域(以下、「制御帯域」と呼ぶ。)の低域側を広げることが可能となる。また、スピーカ12に設けられる振動板を大きくする、又は、軽くすることによっても、制御帯域の低域側を広げることが可能となる。 The speaker 12 is usually configured as a speaker having a cabinet, a so-called box-shaped speaker. In this case, by increasing the capacity (volume) of the cabinet constituting the speaker, the low frequency side of the frequency band (hereinafter, referred to as “control band”) in which the noise control device 10 can obtain the canceling effect can be widened. It will be possible. Further, by making the diaphragm provided in the speaker 12 larger or lighter, it is possible to widen the low frequency side of the control band.

次に、スピーカ12とマイク13との距離について説明する。スピーカ12とマイク13との距離が近いほど、一巡伝達関数の位相特性において、位相が回転し始める周波数を高域側に移動させることが可能となる。よって、スピーカ12とマイク13の距離を可能な限り近づけることにより、制御帯域を高域側に広げることができる。実際には、スピーカ12の駆動時に振動板とマイク13とが接触してはいけないので、スピーカ12とマイク13は、スピーカ12の振動板の最大振幅時にスピーカ12とマイクとが接触しない範囲で最小の距離に設置されることが好ましい。 Next, the distance between the speaker 12 and the microphone 13 will be described. The closer the distance between the speaker 12 and the microphone 13 is, the more the frequency at which the phase starts to rotate can be moved to the high frequency side in the phase characteristic of the one-round transfer function. Therefore, by making the distance between the speaker 12 and the microphone 13 as close as possible, the control band can be expanded to the high frequency side. Actually, since the diaphragm and the microphone 13 must not come into contact with each other when the speaker 12 is driven, the speaker 12 and the microphone 13 are the minimum within a range in which the speaker 12 and the microphone do not come into contact with each other at the maximum amplitude of the diaphragm of the speaker 12. It is preferable that the speaker is installed at a distance of.

実際の乗車時には、ユーザは座高の高さや耳の位置に合わせた角度などに応じて、シートやヘッドレストの位置を前後方向、左右方向及び上下方向に3次元的に調整する。このとき、騒音制御装置10は、スピーカ12とマイク13の距離を維持したまま、ユーザの状態に応じた位置に3次元的に位置調整が可能なように構成されることが好ましい。即ち、スピーカ12とマイク13との距離を保ったまま、ユーザがシートやヘッドレストなどを3次元的に調整できるように、スピーカ12及びマイク13をシートやヘッドレストなどに取り付けることが好ましい。 At the time of actual riding, the user three-dimensionally adjusts the positions of the seat and the headrest in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction according to the height of the sitting height and the angle according to the position of the ears. At this time, it is preferable that the noise control device 10 is configured so that the position can be three-dimensionally adjusted to a position according to the user's state while maintaining the distance between the speaker 12 and the microphone 13. That is, it is preferable to attach the speaker 12 and the microphone 13 to the seat, the headrest, etc. so that the user can adjust the seat, the headrest, and the like three-dimensionally while maintaining the distance between the speaker 12 and the microphone 13.

次に、スピーカ12とマイク13の向きについて説明する。図12(A)は、ノイズとスピーカ12の方向との関係の一例を示す。ノードノイズなどのノイズの波面W1が図12(A)に示すように移動する場合、スピーカ12の前方の領域85でノイズがキャンセルされる。この場合、スピーカ12から出力されるキャンセル音の波面W2が、ノイズの波面W1の方向と一致する場合、消音制御空間を広くすることができる。 Next, the orientations of the speaker 12 and the microphone 13 will be described. FIG. 12A shows an example of the relationship between noise and the direction of the speaker 12. When the wave surface W1 of noise such as node noise moves as shown in FIG. 12A, the noise is canceled in the region 85 in front of the speaker 12. In this case, when the wave surface W2 of the cancel sound output from the speaker 12 coincides with the direction of the wave surface W1 of the noise, the muffling control space can be widened.

そこで、通常のマイク13は指向特性を有するので、図12(B)に示すように、マイク13の指向特性のゲインが高い方向86が、スピーカ12の方向に向くように、スピーカ12とマイク13を相対的に配置する。その結果、マイクがスピーカの背後のノイズの音をより多く拾うことになり、消音制御空間を広くすることができる。 Therefore, since the normal microphone 13 has a directivity characteristic, as shown in FIG. 12B, the speaker 12 and the microphone 13 are directed so that the direction 86 in which the gain of the directivity characteristic of the microphone 13 is high faces the direction of the speaker 12. Are placed relatively. As a result, the microphone picks up more noise behind the speaker, and the muffling control space can be widened.

図13(A)は、騒音制御装置10の変形例として、保護材を設けた騒音制御装置10aを模式的に示す。通常、スピーカ12の振動板の前方には網状の保護材が設けられる。本例では、スピーカ12の振動板の前方を覆う網状の保護材25とスピーカ12との間にマイク13を配置する。即ち、スピーカ12とマイク13とが網状の保護材25の内部に配置される。これにより、ユーザの耳などが直接的にマイク13と接触することを防止できる。 FIG. 13A schematically shows a noise control device 10a provided with a protective material as a modification of the noise control device 10. Usually, a net-like protective material is provided in front of the diaphragm of the speaker 12. In this example, the microphone 13 is arranged between the net-like protective material 25 that covers the front of the diaphragm of the speaker 12 and the speaker 12. That is, the speaker 12 and the microphone 13 are arranged inside the net-like protective material 25. This makes it possible to prevent the user's ears and the like from coming into direct contact with the microphone 13.

図13(B)は、騒音制御装置10の他の変形例として、一部密閉型の騒音制御装置10bを模式的に示す。この例では、騒音制御装置10bは、上側が開放した筐体9を有し、その内部にスピーカ12、マイク13などが収容される。このように、一部密閉型とすることにより、単純開放型の騒音制御装置6と比較して、低域での位相の進み度合いを抑制することができるので、制御帯域を広げることが可能となる。 FIG. 13B schematically shows a partially sealed noise control device 10b as another modification of the noise control device 10. In this example, the noise control device 10b has a housing 9 whose upper side is open, and a speaker 12, a microphone 13, and the like are housed therein. In this way, by making it a partially sealed type, it is possible to suppress the degree of phase advance in the low frequency range as compared with the simple open type noise control device 6, so that the control band can be expanded. Become.

[3]変形例
上記の実施例では、非密閉型の騒音制御装置10を車両に搭載しているが、その代わりに、飛行機、電車などの移動体に搭載し、周囲の騒音を低減することも可能である。
[3] Modification example In the above embodiment, the non-sealed noise control device 10 is mounted on a vehicle, but instead, it is mounted on a moving body such as an airplane or a train to reduce ambient noise. Is also possible.

3 密閉型騒音制御装置
5、9 筐体
6 単純開放型騒音制御装置
10 非密閉型騒音制御装置
12 スピーカ
13 マイク
14 シェルフフィルタ
15 ローブーストフィルタ
21 スピーカアンプ
22 フィルタ部
23 マイクアンプ
25 保護材
3 Sealed noise control device 5, 9 housing 6 Simple open type noise control device 10 Non-sealed noise control device 12 Speaker 13 Microphone 14 Shelf filter 15 Low boost filter 21 Speaker amplifier 22 Filter part 23 Microphone amplifier 25 Protective material

Claims (1)

非密閉型の構造を有し、フィードバック制御を行う能動型騒音制御装置において、
ノイズを検出する検出手段と、
検出されたノイズの信号の低周波帯域におけるゲインを増加させる補正手段と、
補正されたノイズの信号に基づいて、前記ノイズを低減させるノイズ低減音を出力する出力手段と、
を有することを特徴とする能動型騒音制御装置。
In an active noise control device that has a non-sealed structure and performs feedback control,
Detection means to detect noise and
A correction means that increases the gain of the detected noise signal in the low frequency band, and
An output means that outputs a noise-reducing sound that reduces the noise based on the corrected noise signal, and
An active noise control device characterized by having.
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