JP2022013116A - 能動型騒音制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ユーザの頭部の変位によらずに騒音をキャンセルできる「能動型騒音制御システム」を提供する。【解決手段】第１系信号処理部１１１において、適応フィルタ（１１１１-１１１４）は騒音キャンセル音を生成し、第１系セレクタ１１１７は、異なる騒音キャンセル位置に各々対応する複数の第１系補助フィルタ１１１６のうち、検出したユーザの右耳の位置に整合する騒音キャンセル位置に対応する第１系補助フィルタ１１１６の出力を選択し、第１系減算器１１１５は選択された出力を第１マイク１３の出力から減算して、エラー信号として第１系適応フィルタと第２系信号処理部１１２の第２系適応フィルタに出力する。複数の第１系補助フィルタ１１１６に対応する騒音キャンセル位置は、座席に着座したユーザが、上下前後方向について所定の範囲内にある頭部の回旋、側屈により、右耳を移動し得る空間内にのみ、所定の間隔で配置する。【選択図】図３

Description

本発明は、騒音を打ち消す騒音キャンセル音を放射することにより騒音を低減する能動型騒音制御(ANC;Active Noise Control）の技術に関するものである。
騒音を打ち消す騒音キャンセル音を放射することにより騒音を低減する能動型騒音制御の技術としては、騒音キャンセル位置の近傍に配置したマイクとスピーカと、騒音源の出力信号もしくは当該出力信号を疑似した信号に適応的に設定した伝達関数を施して、スピーカから出力する騒音キャンセル音を生成する適応フィルタとを設け、適応フィルタにおいて、マイクの出力を補助フィルタを用いて補正した信号をエラー信号として伝達関数を適応的に設定する技術が知られている(たとえば特許文献１）。
ここで、この技術では、補助フィルタには、予め学習した、騒音源から騒音キャンセル位置までの伝達関数と騒音源からマイクまでの伝達関数の差と、スピーカから騒音キャンセル位置までの伝達関数とスピーカからマイクまでの伝達関数の差を補正する伝達関数が設定されており、このような補助フィルタを用いることにより、マイクの位置と異なる騒音キャンセル位置において、騒音をキャンセルしている。
特開２０１８-７２７７０号公報
上述した補助フィルタを用いてマイクの位置と異なる騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルする技術を用いてユーザに聞こえる騒音をキャンセルする場合、ユーザの変位に伴って、ユーザの頭部が騒音キャンセル位置からずれてしまうと、ユーザに聞こえる騒音を良好にキャンセルできなくなる場合がある。
そこで、異なる複数の騒音キャンセル位置について学習した補助フィルタを複数設け、ユーザの頭部の変位に伴って、頭部の位置に、対応する騒音キャンセル位置について伝達関数を学習した補助フィルタに、使用する補助フィルタを切り替えることにより、ユーザの頭部の変位によらずにユーザに聞こえる騒音をキャンセルすることが考えられる。
しかし、ユーザの頭部の標準的な位置の周辺の３次元の領域内の全てにおいて騒音を良好にキャンセルできるようにする場合には、騒音キャンセル位置を多数設定することが必要となり、補助フィルタの数が過大となる。
そこで、本発明は、比較的簡易な構成において、ユーザの頭部の変位によらずに騒音をキャンセルできる能動型騒音制御システムを提供することを課題とする。
前記課題達成のために、本発明は、騒音を低減する能動型騒音制御システムに、座席に着座したユーザの頭部の位置を検出する頭部検出手段と、切替制御手段と、騒音キャンセル音を出力するスピーカと、エラー信号を検出するマイクと、相互に異なる複数の騒音キャンセル位置に対応した、当該補助フィルタが対応する騒音キャンセル位置とマイクとの位置の差が補償されるように当該マイクで検出したエラー信号を補正する補正信号を、騒音を表す騒音信号から生成し出力する複数の補助フィルタと、前記マイクの出力であるエラー信号を、いずれかの前記補助フィルタが出力した補正信号で補正し補正後エラー信号として出力するエラー補正手段と、前記エラー補正手段が出力する補正後エラー信号を用いた適応動作を行って、前記騒音信号から前記スピーカから出力する騒音キャンセル音を生成する適応フィルタとを設けたものである。ここで、前記切替制御手段は、前記頭部検出手段が検出した頭部の位置に、対応する騒音キャンセル位置が整合する補助フィルタが出力する補正信号を用いた前記エラー信号の補正を、前記エラー補正手段に行わせる。また、前記複数の補助フィルタに対応する複数の騒音キャンセル位置は、座席に着座したときに、正立して正面を向いた頭部の位置が左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について所定の範囲内の任意の位置となるユーザが、頭部の回旋、側屈により頭部を移動し得る空間内にのみ、所定の間隔で配置した複数の位置とする。
また、前記課題達成のために、本発明は、騒音を低減する能動型騒音制御システムに、席に着座したユーザの左右の耳の位置を検出する頭部検出手段と、切替制御手段と、右耳用騒音制御系統と左耳用騒音制御系統との二つの騒音制御系統とを備えたものである。ここで、各騒音制御系統は、騒音キャンセル音を出力するスピーカと、エラー信号を検出するマイクと、相互に異なる複数の騒音キャンセル位置に対応した、当該補助フィルタが対応する騒音キャンセル位置とマイクとの位置の差が補償されるように当該マイクで検出したエラー信号を補正する補正信号を、騒音を表す騒音信号から生成し出力する複数の補助フィルタと、前記マイクの出力であるエラー信号を、いずれかの前記補助フィルタが出力した補正信号で補正し補正後エラー信号として出力するエラー補正手段と、前記右耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段が出力する補正後エラー信号と左耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段が出力する補正後エラー信号を用いた適応動作を行って、前記騒音信号から前記スピーカから出力する騒音キャンセル音を生成する適応フィルタとを備えている。また、前記切替制御手段は、前記頭部検出手段が検出した右耳の位置に、対応する騒音キャンセル位置が整合する補助フィルタが出力する補正信号を用いた前記エラー信号の補正を、前記右耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段に行わせ、前記頭部検出手段が検出した左耳の位置に、対応する騒音キャンセル位置が整合する補助フィルタが出力する補正信号を用いた前記エラー信号の補正を、前記左耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段に行わせる。そして、前記右耳用騒音制御系統の前記複数の補助フィルタに対応する複数の騒音キャンセル位置は、座席に着座したときに、正立して正面を向いた頭部の位置が左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について所定の範囲内の任意の位置となるユーザが、頭部の回旋、側屈により、右耳を移動し得る空間である右耳対象空間の内にのみ、所定の間隔で配置した複数の位置とし、前記左耳用騒音制御系統の前記複数の補助フィルタに対応する複数の騒音キャンセル位置は、座席に着座したときに、正立して正面を向いた頭部の位置が左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について所定の範囲内の任意の位置となるユーザが、頭部の回旋、側屈により、左耳を移動し得る空間である左耳対象空間の内にのみ、所定の間隔で配置した複数の位置とする。
また、このような能動型騒音制御システムにおいて、前記右耳対象空間を、左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について前記所定の範囲内のいずれかの位置にある頭部の右耳の位置にある点を、当該位置にある頭部の回旋軸まわりに、回旋可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる線を、当該位置にある頭部の側屈軸のまわりに側屈可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる面を、前記所定の範囲内の正立して正面を向いた頭部の上下前後方向の移動に伴って右耳が上下前後方向に移動する範囲内で移動させた軌跡として得られる立体の空間とし、前記左耳対象空間を、左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について前記所定の範囲内のいずれかの位置にある頭部の左耳の位置にある点を、当該位置にある頭部の回旋軸まわりに、回旋可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる線を、当該位置にある頭部の側屈軸のまわりに側屈可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる面を、前記所定の範囲内の正立して正面を向いた頭部の上下前後方向の移動に伴って左耳が上下前後方向に移動する範囲内で移動させた軌跡として得られる立体の空間としてもよい。
以上のような能動型騒音制御システムによれば、補助フィルタを設ける騒音キャンセル位置を、ユーザの頭部や耳が位置し得る範囲内の位置に限定することができるので、比較的少ない数の補助フィルタを設けるのみで、ユーザの頭部の変位によらずに騒音をキャンセルできる。
ここで、以上のような能動型騒音制御システムにおいて、前記所定の間隔は、当該能動型騒音制御システムがキャンセルの対象とする騒音の上限周波数の波長の１／１０の距離の間隔とすることが望ましい。
このようにすることにより、騒音キャンセル位置、補助フィルタの数を、おおよそユーザの頭部の変位によらずに騒音を良好にキャンセルできる範囲内において、最小の数とすることができる。
また、このような能動型騒音制御システムにおいて、前記座席は、自動車の座席であってよい。
以上のように、本発明によれば、比較的簡易な構成において、ユーザの頭部の変位によらずに騒音をキャンセルできる能動型騒音制御システムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る能動型騒音制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る能動型騒音制御システムのスピーカとマイクの配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る信号処理ブロックの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るポイントセットの設定法を示す図である。 本発明の実施形態に係るポイントセットの設定法を示す図である。 本発明の実施形態に係る補助フィルタの伝達関数の学習の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る補助フィルタの伝達関数の学習の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る能動型騒音制御システムの構成を示す。
図示するように能動型騒音制御システム１は、信号処理ブロック１１、第１スピーカ１２、第１マイク１３、第２スピーカ１４、第２マイク１５、コントローラ１６、近赤外線カメラ等によりユーザの頭部の位置や姿勢などの状態を検知するＤＭＳ１７（Driver Monitoring System１７）を備えている。
そして、本実施形態に係る能動型騒音制御システム１は、自動車に搭載されるシステムであり、騒音キャンセルの対象とする自動車の座席である騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの標準的な右耳の位置を第１キャンセルポイント、ユーザの標準的な左耳の位置を第２キャンセルポイントとして、２つのキャンセルポイントのそれぞれにおいて騒音源の発生する騒音をキャンセルするシステムである。
ここで、図２ａ１、ａ２に示すように、第１スピーカ１２と第１マイク１３は、騒音キャンセル対象座席（図では運転席）のヘッドレストの、当該座席に着座したユーザの右耳の標準的な位置の近傍となる位置に配置し、第２スピーカ１４と第２マイク１５は、騒音キャンセルの対象とするユーザの座席のヘッドレストの、当該座席に着座したユーザの左耳の標準的な位置の近傍となる位置に配置する。
または、図２ｂ１、ｂ２に示すように、第１スピーカ１２を、自動車の車室の天井の、騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの右耳の標準的な位置の前上方の位置に配置し、第２スピーカ１４を、車室の天井の、騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの左耳の標準的な位置の前上方の位置に配置し、第１マイク１３を、ユーザの前方の天井の、第１スピーカ１２の右側の、第１スピーカ１２よりも騒音キャンセル対象座席よりの位置に配置し、第２マイク１５をユーザの前方の天井の、第２スピーカ１４の左側の、第２スピーカ１４よりも騒音キャンセル対象座席よりの位置に配置するようにしてもよい。なお、このように第１スピーカ１２、第２スピーカ１４を天井に配置する場合、第１スピーカ１２、第２スピーカ１４としては、超指向性のパラメトリックスピーカを用いるようにしてもよい。
図１に戻り、信号処理ブロック１１は、それぞれ、騒音源の発生する騒音を表す騒音信号x(n)と、第１マイク１３でピックアップした音声信号である第１マイクエラー信号err1(n)と、第２マイク１５でピックアップした音声信号である第２マイクエラー信号err2(n)とを用いて、第１キャンセル信号CA1(n)を生成し第１スピーカ１２から出力すると共に、第２キャンセル信号CA2(n)を生成し第２スピーカ１４から出力する。
そして、第１スピーカ１２から出力される第１キャンセル信号CA1(n)と第２スピーカ１４から出力される第２キャンセル信号CA2(n)によって、第１キャンセルポイントと第２キャンセルポイントにおいて騒音源の発生する騒音がキャンセルされる。
次に、図３に示すように、信号処理ブロック１１は、主として、第１キャンセル信号CA1(n)の生成に関わる処理を行う第１系信号処理部１１１と、主として、第２キャンセル信号CA2(n)の生成に関わる処理を行う第２系信号処理部１１２とを備えている。
そして、第１系信号処理部１１１は、第１系可変フィルタ１１１１、第１系適応アルゴリズム実行部１１１２、予め伝達関数S11^(z)が設定された第１系第１推定フィルタ１１１３、予め伝達関数S21^(z)が設定された第１系第２推定フィルタ１１１４、第１系減算器１１１５、予め伝達関数H1_i(z)が設定されたｎ個の第１系補助フィルタ１１１６、ｎ個の第１系補助フィルタ１１１６の出力のいずれか一つを選択して出力する第１系セレクタ１１１７を備えている。但し、iは１からｎの整数であり、伝達関数H1_i(z)は、i番目の第１系補助フィルタ１１１６の伝達関数であることを表している。
このような第１系信号処理部１１１の構成において、入力した騒音信号x(n)は、第１系可変フィルタ１１１１を通って第１キャンセル信号CA1(n)として第１スピーカ１２に出力される。
また、入力した騒音信号x(n)は各第１系補助フィルタ１１１６を通って第１系セレクタ１１１７に送られ、第１系セレクタ１１１７は、いずれかの第１系補助フィルタ１１１６の出力を選択して、第１系減算器１１１５に出力する。第１系減算器１１１５は第１マイク１３でピックアップした第１マイクエラー信号err1(n)から、第１系セレクタ１１１７の出力を減算し、エラーe1として、第１系適応アルゴリズム実行部１１１２と、第２系信号処理部１１２に出力する。
次に、第１系可変フィルタ１１１１と第１系適応アルゴリズム実行部１１１２と第１系第１推定フィルタ１１１３と第１系第２推定フィルタ１１１４はMultiple Error Filtered-X適応フィルタを構成している。第１系第１推定フィルタ１１１３には、実測等により算定した第１系信号処理部１１１から第１マイク１３までの伝達関数S11(z)の推定伝達特性S11^(z)が予め設定されており、第１系第１推定フィルタ１１１３は、伝達特性S11^(z)を入力した騒音信号x(n)に畳み込んで、第１系適応アルゴリズム実行部１１１２に入力する。また、第１系第２推定フィルタ１１１４には、実測等により算定した第１系信号処理部１１１から第２マイク１５までの伝達関数を表す伝達特性S21(z)の推定伝達特性S21^(z)が予め設定されており、第１系第２推定フィルタ１１１４は、伝達特性S21^(z)を入力した騒音信号x(n)に畳み込んで、第１系適応アルゴリズム実行部１１１２に入力する。
そして、第１系適応アルゴリズム実行部１１１２は、第１系第１推定フィルタ１１１３で伝達関数S11^(z)が畳み込まれた騒音信号x(n)と、第１系第２推定フィルタ１１１４で伝達関数S21^(z)が畳み込まれた騒音信号x(n)と、第１系減算器１１１５から出力されるエラーe1と、第２系信号処理部１１２から出力されるエラーe2を入力として、NLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、エラーe１、エラーe2が０となるように第１系可変フィルタ１１１１の係数を更新し、伝達関数W1(z)を適応させる。
第２系信号処理部１１２も第１系信号処理部１１１と同様の構成を備えており、第２系信号処理部１１２は、第２系可変フィルタ１１２１、第２系適応アルゴリズム実行部１１２２、予め伝達関数S22^(z)が設定された第２系第１推定フィルタ１１２３、予め伝達関数S12^(z)が設定された第２系第２推定フィルタ１１２４、第２系減算器１１２５、予め伝達関数H2_i(z)が設定されたｎ個の第２系補助フィルタ１１２６、ｎ個の第２系補助フィルタ１１２６の出力のいずれか一つを選択して出力する第２系セレクタ１１２７を備えている。但し、iは１からｎの整数であり、伝達関数H2_i(z)は、i番目の第２系補助フィルタ１１２６の伝達関数であることを表している。
このような第２系信号処理部１１２の構成において、入力した騒音信号x(n)は、第２系可変フィルタ１１２１を通って第２キャンセル信号CA2(n)として第２スピーカ１４に出力される。
また、入力した騒音信号x(n)は各第２系補助フィルタ１１２６を通って第２系セレクタ１１２７に送られ、第２系セレクタ１１２７は、いずれかの第２系補助フィルタ１１２６の出力を選択して、第２系減算器１１２５に出力する。第２系減算器１１２５は第２マイク１５でピックアップした第２マイクエラー信号err2(n)から、第２系セレクタ１１２７の出力を減算し、エラーe2として、第２系適応アルゴリズム実行部１１２２と、第１系信号処理部１１１に出力する。
次に、第２系可変フィルタ１１２１と第２系適応アルゴリズム実行部１１２２と第２系第１推定フィルタ１１２３と第２系第２推定フィルタ１１２４はMultiple Error Filtered-X適応フィルタを構成している。第２系第１推定フィルタ１１２３には、実測等により算定した第２系信号処理部１１２から第２マイク１５までの伝達関数S22(z)の推定伝達特性S22^(z)が予め設定されており、第２系第１推定フィルタ１１２３は、伝達特性S22^(z)を入力した騒音信号x(n)に畳み込んで、第２系適応アルゴリズム実行部１１２２に入力する。また、第２系第２推定フィルタ１１２４には、実測等により算定した第２系信号処理部１１２から第１マイク１３までの伝達関数を表す伝達特性S12(z)の推定伝達特性S12^(z)が予め設定されており、第２系第２推定フィルタ１１２４は、伝達特性S12^(z)を入力した騒音信号x(n)に畳み込んで、第２系適応アルゴリズム実行部１１２２に入力する。
そして、第２系適応アルゴリズム実行部１１２２は、第２系第１推定フィルタ１１２３で伝達関数S22^(z)が畳み込まれた騒音信号x(n)と、第２系第２推定フィルタ１１２４で伝達関数S12^(z)が畳み込まれた騒音信号x(n)と、第２系減算器１１２５から出力されるエラーe2と、第１系信号処理部１１１から出力されるエラーe1を入力として、NLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、エラーe1、エラーe2が０となるように第２系可変フィルタ１１２１の係数を更新し伝達関数W2(z)を適応させる。
さて、予め、能動型騒音制御システム１に対して、一つの第１キャンセルポイントと一つの第２キャンセルポイントの対であるポイントセットがｎ個設定されており、第１系信号処理部１１１のi番目の第１系補助フィルタ１１１６は、i番目のポイントセットの第１キャンセルポイントに、第２系信号処理部１１２i番目の第２系補助フィルタ１１２６はi番目のポイントセットの第２キャンセルポイントに対応している。
また、ユーザの頭部の位置と姿勢の組み合わせを頭部状態として、各ポイントセットは相互に異なる頭部状態に対応して設定されており、第１キャンセルポイントは当該第１キャンセルポイントが属するポイントセットに対応する頭部状態における右耳の位置に相当し、第２キャンセルポイントは当該第２キャンセルポイントが属するポイントセットに対応する頭部状態におけるある左耳の位置に相当する。
また、ポイントセットに対応する頭部状態は、次のように定められている。
まず、騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの正立して正面を向いた頭部がおおよそ位置し得る前後方向の範囲を、ユーザ毎の着座位置や着座姿勢の相違を考慮して求め、図４ａに示すユーザの頭部の前後方向の存在範囲Ｙとして設定する。また、騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの正立して正面を向いた頭部がおおよそ位置し得る上下方向の範囲を、ユーザ毎の座高や着座姿勢の相違を考慮して求め、図４ｂに示すユーザの頭部の上下方向の存在範囲Ｚとして設定する。但し、頭部の前後方向の位置としては、耳の前後方向の位置を用い、頭部の上下方向の位置は、耳の上下方向の位置を用いる。
また、騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの頭部がおおよそ上下方向の軸周りに回旋し得る角度範囲を、前方を向いた人体が頭部を自然に回旋し得る範囲を考慮して、図４ｃに示す自動車の上下方向の軸周りの角度範囲θとして設定する。また、騒音キャンセル対象座席に着座したユーザの頭部がおおよそ前後方向の軸周りに傾斜し得る角度範囲を、前方を向いた人体が頭部を自然に側屈し得る範囲を考慮して、図４ｄに示す頭部の自動車の前後方向の軸周りの角度範囲φとして設定する。
そして、左右方向について座席中央の位置であり、前後上下方向について存在範囲Ｙ内かつ存在範囲Ｚ内の任意の位置から、その位置にある正立して正面を向いた頭部を回旋中心軸回りに角度範囲θ内の任意角度頭部を回転し、側屈中心軸回りに角度範囲φ内の任意角度頭部を側屈させた場合に、頭部が取り得る位置と姿勢の組み合わせの範囲を頭部状態範囲として設定し、頭部状態範囲内から、各ポイントセットの各第１キャンセルポイント間の間隔と各第２キャンセルポイント間の間隔が所定距離Ｌとなるようにポイントセットを設定する頭部状態をできるだけ多く選定する。
ここで、第１キャンセルポイント間の間隔や第２キャンセルポイント間の間隔である所定距離Ｌは、騒音を良好にキャンセルできる空間的範囲であるZoQ（zone of Quiet）が各周波数に対して周波数の波長の１／１０の直径の球状の、第１キャンセルポイント／第２キャンセルポイントを中心とする空間となるため、キャンセルする騒音の上限周波数の波長の１／１０に設定する。
このようにすることにより、第１キャンセルポイント、第２キャンセルポイント、第１系補助フィルタ１１１６、第２系補助フィルタ１１２６の数を、おおよそユーザの頭部の変位によらずに騒音を良好にキャンセルできる範囲内において、最小の数とすることができる。
ただし、第１キャンセルポイント間の間隔や第２キャンセルポイント間の間隔である所定距離Ｌは、キャンセルする騒音の上限周波数の波長の１／１０より短い間隔とするようにしてもよい。
さて、以上のようなポイントセットの設定は、より具体的には、次のように行うようにしてもよい。
すなわち、まず、左右方向について座席中央の位置であり、前後上下方向について存在範囲Ｙ内かつ存在範囲Ｚ内の位置で正立して正面を向いた頭部を、角度範囲θ内で回旋したときの右耳の軌跡４１を図４ｃに示すように、角度範囲φ内で側屈したときの右耳の軌跡４２を図４ｄに示すように求める。
そして、図５ａに示す軌跡４１を、軌跡４２に沿って移動した軌跡として得られる平面を図５ｂのように求め、求めた平面上の頭部が旋回も側屈をしていないときの右耳の位置を基準点４３に設定する。そして、基準点が存在範囲Ｙ内で前後に移動し存在範囲Ｚ内で上下に移動するように、求めた平面を移動した軌跡として得られる立体を図５ｃのように求め、求めた立体を第１キャンセルポイント範囲とする。
また、左耳についても同様にして立体を求め第２キャンセルポイント範囲とする。
そして、第１キャンセルポイント範囲の全体をカバーするように、間隔が所定距離Ｌの複数の第１キャンセルポイントを設定する。ここで、このように設定された各第１キャンセルポイントは、頭部状態範囲内の各々異なる頭部状態における右耳の位置となり、対応する頭部状態は、第１キャンセルポイントの位置から算定することができる。
そこで、各第１キャンセルポイントについて、その第１キャンセルポイントと同じ頭部状態に対応する第２キャンセルポイント範囲内のポイントを、その第１キャンセルポイントと同じポイントセットの第２キャンセルポイントに設定する。
さて、第１系信号処理部１１１のｎ個の第１系補助フィルタ１１１６に設定されている伝達関数H1_i(z)と、第２系信号処理部１１２のｎ個の第２系補助フィルタ１１２６に設定されている伝達関数H2_i(z)は、予め学習して設定した伝達関数である。
以下、ｎ個の第１系補助フィルタ１１１６の伝達関数H1_i(z)とｎ個の第２系補助フィルタ１１２６の伝達関数H2_i(z)の学習について説明する。
まず、第１系補助フィルタ１１１６の伝達関数H1_i(z)と第２系補助フィルタ１１２６の伝達関数H2_i(z)の学習は、１からｎまでの整数について、当該数をiとして、以下の第１段階の学習処理と第２段階の学習処理を実行することによって行われる。
第１段階の学習処理は、図６に示すように、信号処理ブロック１１を第１段階学習処理ブロック４に置き換えた構成において行う。
また、第１段階の学習処理は、i番目のポイントセットの第１キャンセルポイントに配置した第１学習用マイク５１、i番目のポイントセットの第２キャンセルポイントに配置した第２学習用マイク５２を第１学習処理ブロックに接続して行う。
第１学習用マイク５１と第２学習用マイク５２の配置は、たとえば、騒音キャンセル対象座席にダミー人形を着座させ、i番目のポイントセットの第１キャンセルポイントに右耳が位置し、i番目のポイントセットの第２キャンセルポイントに左耳が位置するようにたダミー人形の位置や姿勢を調整し、ダミー人形の右耳の位置に第１学習用マイク５１を設置し、ダミー人形の左耳の位置に第２学習用マイク５２を設置すること等により行う。
第１段階学習処理ブロック４は、第１系第１段階学習処理部４１と第２系第１段階学習処理部４２を備えている。
そして、第１系第１段階学習処理部４１は、図３に示した信号処理ブロック１１の第１系信号処理部１１１から、第１系減算器１１１５、第１系補助フィルタ１１１６、第１系セレクタ１１１７を取り除き、第１系第１推定フィルタ１１１３に代えて、第１系第１段階学習処理部４１から第１学習用マイク５１までの伝達関数Sv11(z)の推定伝達関数Sv11^(z)を設定した第１系第１学習用推定フィルタ４１１を設け、第１系第２推定フィルタ１１１４に代えて、第１系第１段階学習処理部４１から第２学習用マイク５２までの伝達関数Sv21(z)の推定伝達関数Sv21^(z)を設定した第１系第２学習用推定フィルタ４１２を設け、第１学習用マイク５１の出力と第２学習用マイク５２の出力の双方をエラーとして第１系適応アルゴリズム実行部１１１２に入力した構成を備えている。
また、第２系第１段階学習処理部４２は、図３に示した信号処理ブロック１１の第２系信号処理部１１２から、第２系減算器１１２５、第２系補助フィルタ１１２６、第２系セレクタ１１２７を取り除き、第２系第１推定フィルタ１１２３に代えて、第２系第１段階学習処理部４２から第２学習用マイク５２までの伝達関数Sv22(z)の推定伝達関数Sv22^(z)を設定した第２系第１学習用推定フィルタ４２１を設け、第２系第２推定フィルタ１１２４に代えて、第２系第１段階学習処理部４２から第１学習用マイク５１までの伝達関数Sv12(z)の推定伝達関数Sv12^(z)を設定した第２系第２学習用推定フィルタ４２２を設け、第１学習用マイク５１の出力と第２学習用マイク５２の出力の双方をエラーとして第２系適応アルゴリズム実行部１１２２に入力した構成を備えている。
そして、このような構成において、第１系適応アルゴリズム実行部１１１２による適応動作によって第１系可変フィルタ１１１１の伝達関数W1(z)を収束安定させ、第２系適応アルゴリズム実行部１１２２による適応動作によって第２系可変フィルタ１１２１の伝達関数W2(z)を収束安定させ、収束安定した伝達関数W1(z)とW2(z)を第１段階の学習処理の結果として得る。
次に、第２段階の学習処理では、図７に示すように、信号処理ブロック１１を第２段階学習処理ブロック６に置き換えた構成において行う。
第２段階学習処理ブロック６は、第１系第２段階学習処理部６１と第２系第２段階学習処理部６２とを備えている。
そして、第１系第２段階学習処理部６１は、第１段階の学習処理の結果として得た伝達関数W1(z)を伝達関数として設定した第１系固定フィルタ６１１と、第１系第２段階学習用可変フィルタ６１２と、第１系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６１３と、第１系第２段階学習用減算器６１４を備えている。
また、第２系第２段階学習処理部６２は、第１段階の学習処理の結果として得た伝達関数W2(z)を伝達関数として設定した第２系固定フィルタ６２１と、第２系第２段階学習用可変フィルタ６２２と、第２系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６２３と、第２系第２段階学習用減算器６２４を備えている。
第１系第２段階学習処理部６１に入力した騒音信号x(n)は、第１系固定フィルタ６１１を通って第１スピーカ１２に出力され、第２系第２段階学習処理部６２に入力した騒音信号x(n)は、第１系固定フィルタ６１１を通って第２スピーカ１４に出力される。
また、第１系第２段階学習処理部６１に入力した騒音信号x(n)は第１系第２段階学習用可変フィルタ６１２を通って第１系第２段階学習用減算器６１４に送られ、第１系第２段階学習用減算器６１４は第１マイク１３でピックアップした信号から第１系第２段階学習用可変フィルタ６１２の出力を減算し、エラーとして、第１系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６１３と、第２系第２段階学習処理部６２の第２系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６２３に出力する。
また、第２系第２段階学習処理部６２に入力した騒音信号x(n)は第２系第２段階学習用可変フィルタ６２２を通って第２系第２段階学習用減算器６２４に送られ、第２系第２段階学習用減算器６２４は第２マイク１５でピックアップした信号から第２系第２段階学習用可変フィルタ６２２の出力を減算し、エラーとして、第２系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６２３と、第１系第２段階学習処理部６１の第１系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６１３に出力する。
そして、第１系第２段階学習処理部６１の第１系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６１３は、第１系第２段階学習用減算器６１４と第２系第２段階学習用減算器６２４から入力するエラーが０となるように第１系第２段階学習用可変フィルタ６１２の伝達関数H1_i(z)を更新し、第２系第２段階学習処理部６２の第２系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６２３は、第１系第２段階学習用減算器６１４と第２系第２段階学習用減算器６２４から入力するエラーが０となるように第２系第２段階学習用可変フィルタ６２２の伝達関数H2_i(z)を更新する。
そして、このような構成において、第１系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６１３による適応動作によって第１系第２段階学習用可変フィルタ６１２の伝達関数H1(z)を収束安定させ、収束安定した伝達関数H1(z)を、信号処理ブロック１１の第１系信号処理部１１１のi番目の第１系補助フィルタ１１１６の伝達関数H1_i(z)として設定すると共に、第２系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部６２３による適応動作によって第２系第２段階学習用可変フィルタ６２２の伝達関数H2(z)を収束安定させ、収束安定した伝達関数H2(z)を、信号処理ブロック１１の第２系信号処理部１１２のi番目の第２系補助フィルタ１１２６の伝達関数H2_i(z)として設定する。
次に、能動型騒音制御システム１の実働時に、コントローラ１６が行う制御について説明する。
コントローラ１６は、ＤＭＳ１７が検出した騒音キャンセル対象座席に着座しているユーザの頭部の位置や姿勢等からユーザの右耳と左耳の位置を算定し、ｎ個のポイントセットの内で、第１キャンセルポイントと第２キャンセルポイントとがユーザの右耳の位置と左耳の位置に最も整合するポイントセットを識別し、識別したポイントセットに対応する第１系補助フィルタ１１１６の出力を選択して出力するように第１信号処理部の第１系セレクタ１１１７を制御し、識別したポイントセットに対応する第２系補助フィルタ１１２６の出力を選択して出力するように第２信号処理部の第２系セレクタ１１２７を制御する処理を繰り返し行う。なお、第１キャンセルポイントと第２キャンセルポイントとがユーザの右耳の位置と左耳の位置に最も整合するポイントセットは、たとえば、第１キャンセルポイントがユーザの右耳の位置との距離と、第２キャンセルポイントとユーザの左耳の位置との距離との最大値が最小となるポイントセットとして求める。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ここで、以上の実施形態は、騒音源が一つのみである場合について示したが、以上の実施形態は、信号処理ブロック１１の構成を各騒音源の各キャンセルポイントへの伝搬を考慮するように拡張することにより、騒音源が複数存在する場合にも適用可能である。
また、以上の実施形態では、右耳と左耳の各々に対してマイクやスピーカや信号処理部を設けた場合について示したが、本実施形態は、頭部に対してマイクやスピーカや信号処理部を設けて、右耳と左耳に聞こえる騒音を、右耳と左耳に共通のマイクとスピーカと信号処理部でまとめてキャンセルする場合にも同様に適用することができる。
１…能動型騒音制御システム、４…第１段階学習処理ブロック、６…第２段階学習処理ブロック、１１…信号処理ブロック、１２…第１スピーカ、１３…第１マイク、１４…第２スピーカ、１５…第２マイク、１６…コントローラ、１７…ＤＭＳ、４１…第１系第１段階学習処理部、４２…第２系第１段階学習処理部、５１…第１学習用マイク、５２…第２学習用マイク、６１…第１系第２段階学習処理部、６２…第２系第２段階学習処理部、１１１…第１系信号処理部、１１２…第２系信号処理部、４１１…第１系第１学習用推定フィルタ、４１２…第１系第２学習用推定フィルタ、４２１…第２系第１学習用推定フィルタ、４２２…第２系第２学習用推定フィルタ、６１１…第１系固定フィルタ、６１２…第１系第２段階学習用可変フィルタ、６１３…第１系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部、６１４…第１系第２段階学習用減算器、６２１…第２系固定フィルタ、６２２…第２系第２段階学習用可変フィルタ、６２３…第２系第２段階学習用適応アルゴリズム実行部、６２４…第２系第２段階学習用減算器、１１１１…第１系可変フィルタ、１１１２…第１系適応アルゴリズム実行部、１１１３…第１系第１推定フィルタ、１１１４…第１系第２推定フィルタ、１１１５…第１系減算器、１１１６…第１系補助フィルタ、１１１７…第１系セレクタ、１１２１…第２系可変フィルタ、１１２２…第２系適応アルゴリズム実行部、１１２３…第２系第１推定フィルタ、１１２４…第２系第２推定フィルタ、１１２５…第２系減算器、１１２６…第２系補助フィルタ、１１２７…第２系セレクタ。

Claims (5)

  1. 騒音を低減する能動型騒音制御システムであって、
    座席に着座したユーザの頭部の位置を検出する頭部検出手段と、
    切替制御手段と、
    騒音キャンセル音を出力するスピーカと、
    エラー信号を検出するマイクと、
    相互に異なる複数の騒音キャンセル位置に対応した、当該補助フィルタが対応する騒音キャンセル位置とマイクとの位置の差が補償されるように当該マイクで検出したエラー信号を補正する補正信号を、騒音を表す騒音信号から生成し出力する複数の補助フィルタと、
    前記マイクの出力であるエラー信号を、いずれかの前記補助フィルタが出力した補正信号で補正し補正後エラー信号として出力するエラー補正手段と、
    前記エラー補正手段が出力する補正後エラー信号を用いた適応動作を行って、前記騒音信号から前記スピーカから出力する騒音キャンセル音を生成する適応フィルタとを有し、
    前記切替制御手段は、前記頭部検出手段が検出した頭部の位置に、対応する騒音キャンセル位置が整合する補助フィルタが出力する補正信号を用いた前記エラー信号の補正を、前記エラー補正手段に行わせ、
    前記複数の補助フィルタに対応する複数の騒音キャンセル位置は、座席に着座したときに、正立して正面を向いた頭部の位置が左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について所定の範囲内の任意の位置となるユーザが、頭部の回旋、側屈により頭部を移動し得る空間内にのみ、所定の間隔で配置した複数の位置であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  2. 騒音を低減する能動型騒音制御システムであって、
    座席に着座したユーザの左右の耳の位置を検出する頭部検出手段と、
    切替制御手段と、
    右耳用騒音制御系統と左耳用騒音制御系統との二つの騒音制御系統とを有し、
    各騒音制御系統は、
    騒音キャンセル音を出力するスピーカと、
    エラー信号を検出するマイクと、
    相互に異なる複数の騒音キャンセル位置に対応した、当該補助フィルタが対応する騒音キャンセル位置とマイクとの位置の差が補償されるように当該マイクで検出したエラー信号を補正する補正信号を、騒音を表す騒音信号から生成し出力する複数の補助フィルタと、
    前記マイクの出力であるエラー信号を、いずれかの前記補助フィルタが出力した補正信号で補正し補正後エラー信号として出力するエラー補正手段と、
    前記右耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段が出力する補正後エラー信号と左耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段が出力する補正後エラー信号を用いた適応動作を行って、前記騒音信号から前記スピーカから出力する騒音キャンセル音を生成する適応フィルタとを有し、
    前記切替制御手段は、前記頭部検出手段が検出した右耳の位置に、対応する騒音キャンセル位置が整合する補助フィルタが出力する補正信号を用いた前記エラー信号の補正を、前記右耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段に行わせ、前記頭部検出手段が検出した左耳の位置に、対応する騒音キャンセル位置が整合する補助フィルタが出力する補正信号を用いた前記エラー信号の補正を、前記左耳用騒音制御系統の前記エラー補正手段に行わせ、
    前記右耳用騒音制御系統の前記複数の補助フィルタに対応する複数の騒音キャンセル位置は、座席に着座したときに、正立して正面を向いた頭部の位置が左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について所定の範囲内の任意の位置となるユーザが、頭部の回旋、側屈により、右耳を移動し得る空間である右耳対象空間の内にのみ、所定の間隔で配置した複数の位置であり、
    前記左耳用騒音制御系統の前記複数の補助フィルタに対応する複数の騒音キャンセル位置は、座席に着座したときに、正立して正面を向いた頭部の位置が左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について所定の範囲内の任意の位置となるユーザが、頭部の回旋、側屈により、左耳を移動し得る空間である左耳対象空間の内にのみ、所定の間隔で配置した複数の位置であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  3. 請求項２記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記右耳対象空間は、左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について前記所定の範囲内のいずれかの位置にある頭部の右耳の位置にある点を、当該位置にある頭部の回旋軸まわりに、回旋可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる線を、当該位置にある頭部の側屈軸のまわりに側屈可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる面を、前記所定の範囲内の正立して正面を向いた頭部の上下前後方向の移動に伴って右耳が上下前後方向に移動する範囲内で移動させた軌跡として得られる立体の空間であり、
    前記左耳対象空間は、左右方向について座席中央の位置に上下前後方向について前記所定の範囲内のいずれかの位置にある頭部の左耳の位置にある点を、当該位置にある頭部の回旋軸まわりに、回旋可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる線を、当該位置にある頭部の側屈軸のまわりに側屈可能角度範囲内の所定の角度範囲回転させた軌跡として得られる面を、前記所定の範囲内の正立して正面を向いた頭部の上下前後方向の移動に伴って左耳が上下前後方向に移動する範囲内で移動させた軌跡として得られる立体の空間であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  4. 請求項１、２または３記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記所定の間隔は、当該能動型騒音制御システムがキャンセルの対象とする騒音の上限周波数の波長の１／１０の距離の間隔であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  5. 請求項１、２、３また４３記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記座席は、自動車の座席であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
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