JP2024042581A - 騒音低減システム、騒音低減方法、及び騒音低減プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】離散周波数成分を持つ騒音を低減できる騒音低減システムを提供する。【解決手段】一実施形態に係る騒音低減システムは、マイク、スピーカ、モード切替部、制御信号生成部、経路特性計測部、及び制御フィルタ生成部を備える。モード切替部は、動作モードを制御モードと経路特性計測モードとの間で切り替える。制御信号生成部は、制御モードで動作し、マイクにより得られる検出信号に基づいて、騒音を低減させるための制御音をスピーカに出力させる制御信号を生成する制御フィルタを含む。経路特性計測部は、経路特性計測モードで動作し、スピーカとマイクとの間の音響特性を含む経路特性を計測する。制御フィルタ生成部は、経路特性の計測結果と、騒音の特徴を含む騒音特徴信号と、所定の周波数帯域に従って騒音特徴信号に対して帯域制限を行う制御帯域制限フィルタと、を使用して、制御フィルタを生成する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、騒音低減システム、騒音低減方法、及び騒音低減プログラムに関する。

離散周波数成分を持つ騒音は、発電機器、エンジン、ファン、排気装置、配管、回転機器などの種々の機器から生じる。このような騒音を低減できることが求められている。

従来からの騒音低減手法としては、サイレンサや吸音材などを用いたパッシブ騒音対策が主流である。また、振動絶縁や動吸振器などを用いた振動低減を含めた騒音対策を施すことも行われる。これらの対策のもと、騒音に関する環境基準を満たすように機器騒音の低減を実施することが一般的である。

一方、騒音低減手法の１つとして、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ；Active Noise Control）と呼ばれる、音波干渉を利用した騒音低減手法も存在する。ただし、ＡＮＣの適用を困難にする以下の２つの課題がある。

ＡＮＣでは、スピーカから出力するための制御信号を生成する制御フィルタを常に更新する。このため、システム実装が複雑化し、パッシブ騒音対策のように、気軽にＡＮＣを適用することはできない。これが第１の課題である。

ＡＮＣでは、マイク信号を低減させることが基本であるが、スピーカからマイクまでの音響特性は気温や湿度などの環境に応じて変化する。このため、定期的に音響特性を更新する必要が生じる。これが第２の課題である。

第１の課題に対する解決策として、固定の制御フィルタを使用することが知られている。固定の制御フィルタを使用するＡＮＣは、例えば、ノイズキャンセリングヘッドホンに採用されている。ノイズキャンセリングヘッドホンでは、固定の制御フィルタは、１００Ｈｚ程度以下の騒音を低減するように設計される。

しかしながら、離散周波数成分を持つ騒音は１００Ｈｚ以上においても多く存在し、従来の固定制御フィルタ設計では対応できない。さらに、古典制御理論における感度関数設計に対応するため、スピーカとマイクの距離が大きく離れると、時間遅れが顕著になるため、制御可能な周波数上限が下がってしまう。

第２の課題に対する解決策として、騒音制御と音響特性計測を同時に実施する手法が提案されている。しかしながら、このような手法は、システム実装をさらに複雑化し、第１の課題が増えてしまう。

特開２０２１－５７９２３号公報 特開２０２１－６１６２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、離散周波数成分を持つ騒音を低減できる騒音低減技術を提供することである。

一実施形態に係る騒音低減システムは、マイク、スピーカ、モード切替部、制御信号生成部、経路特性計測部、及び制御フィルタ生成部を備える。マイクは、音波を電気信号に変換する。スピーカは、電気信号を音波に変換する。モード切替部は、動作モードを制御モードと経路特性計測モードとの間で切り替える。制御信号生成部は、前記動作モードが前記制御モードに設定されているときに動作し、前記マイクで騒音を含む第１の音を検出することにより得られる第１の検出信号に基づいて、前記騒音を低減させるための制御音を前記スピーカに出力させる制御信号を生成する制御フィルタを含む。経路特性計測部は、前記動作モードが前記経路特性計測モードに設定されているときに動作し、前記スピーカと前記マイクとの間の音響特性を含む経路特性を計測する。制御フィルタ生成部は、前記経路特性の計測結果と、前記騒音の特徴を含む騒音特徴信号と、所定の周波数帯域に従って前記騒音特徴信号に対して帯域制限を行う第１の制御帯域制限フィルタと、を使用して、前記制御フィルタを生成する。

図１は、実施形態に係る騒音低減システムを示す図である。 図２は、図１に示した信号処理装置を示す図である。 図３は、図２に示した制御信号生成部の構成の一例を示す図である。 図４は、図２に示した経路特性計測部の構成の一例を示す図である。 図５は、図２に示した制御フィルタ生成部の構成の一例を示す図である。 図６は、図２に示した制御フィルタ生成部の構成の他の例を示す図である。 図７Ａは、実施形態に係る特性Ｃ０を計測する手法を説明する図である。 図７Ｂは、実施形態に係る特性Ｃ０２を計測する手法を説明する図である。 図７Ｃは、実施形態に係る特性Ｃ０３を計測する手法を説明する図である。 図７Ｄは、実施形態に係る特性Ｃ０Ｈを計測する手法を説明する図である。 図７Ｅは、実施形態に係る特性Ｃ１を計測する手法を説明する図である。 図８は、本実施形態に係る騒音低減手法の効果を試験する際の機器配置を示す図である。 図９は、第１の試験に使用する騒音特徴信号を示す図である。 図１０は、第１の試験に係る感度関数を示す図である。 図１１は、第１の試験に係る騒音低減手法の効果を示す図である。 図１２は、第２の試験に使用する騒音特徴信号を示す図である。 図１３は、第２の試験に係る感度関数を示す図である。 図１４は、第２の試験に係る騒音低減手法の効果を示す図である。 図１５は、第１の試験に係る制御性能と第２の試験に係る制御性能との比較を示す図である。 図１６Ａは、図１５に示すグラフの一部分を拡大して示す図である。 図１６Ｂは、図１５に示すグラフの他の部分を拡大して示す図である。 図１６Ｃは、図１５に示すグラフの別の部分を拡大して示す図である。 図１７は、第２の試験に係る制御性能と第３の試験に係る制御性能との比較を示す図である。 図１８Ａは、図１７に示すグラフの一部分を拡大して示す図である。 図１８Ｂは、図１７に示すグラフの他の部分を拡大して示す図である。 図１８Ｃは、図１７に示すグラフの別の部分を拡大して示す図である。 図１９は、実施形態に係る騒音低減システムの変形例を示す図である。 図２０は、実施形態に係る騒音低減システムの動作例を示すフローチャートである。 図２１は、図２０のステップＳ１５の処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。

図１は、一実施形態に係る騒音低減システム１００を概略的に示している。図１に示す騒音源１５０は、離散周波数成分を持つ騒音などの騒音を空間に発する。騒音低減システム１００は、空間上で騒音源１５０からの騒音を低減するものである。具体的には、騒音低減システム１００は、騒音源１５０からの騒音を低減させるための音を空間に発する。騒音低減システム１００は、信号処理装置１１０、マイク（マイクロフォン）１２０、及びスピーカ１３０を備える。信号処理装置１１０は、マイク１２０及びスピーカ１３０に接続される。

マイク１２０は、音波を電気信号に変換する変換器である。マイク１２０は、騒音を含む空間上の音を検出して検出信号を生成する。検出信号は、マイク１２０が配置される位置であるマイク位置での音圧を示す。

信号処理装置１１０は、マイク１２０からの検出信号に基づいて、騒音を低減させるための音をスピーカ１３０に出力させる制御信号を生成する。制御信号は、スピーカ１３０を駆動するための電気信号であり、信号処理装置１１０は、制御信号をスピーカ１３０に印加する。

スピーカ１３０は、電気信号を音波に変換する変換器である。スピーカ１３０は、信号処理装置１１０からの制御信号に基づく音を空間に発する。以降では、スピーカ１３０から出力される制御信号に基づく音（すなわち騒音を低減させるための音）を制御音とも呼ぶ。

信号処理装置１１０は、ハードウェア構成要素として、処理回路１１１及び処理回路１１１に接続されるメモリ１１２を備える。信号処理装置１１０に関して説明する処理は、処理回路１１１により行われる。処理回路１１１は、アナログ回路とデジタル回路の組み合わせを含み得る。処理回路１１１は１以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサの例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを含む。

信号処理装置１１０に関して説明する処理の少なくとも一部は、ＣＰＵなどの汎用プロセッサがメモリ１１２に格納されているプログラムを実行することにより行われてよい。プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記憶された状態で信号処理装置１１０に提供されてよい。この場合、信号処理装置１１０は、記録媒体からデータを読み出すドライブを備え、記録媒体からプログラムを取得する。記録媒体の例は、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－Ｒなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、及び半導体メモリを含む。また、プログラムはネットワークを通じて配布するようにしてもよい。具体的には、プログラムをネットワーク上のサーバに格納し、信号処理装置１１０がサーバからプログラムをダウンロードするようにしてもよい。

マイク１２０は、いかなる場所に配置されてもよい。例えば、マイク１２０は、スピーカ１３０の軸上を含むスピーカ１３０の近傍に配置される。図１に示す非限定的な例では、スピーカ１３０の軸上に配置されている。スピーカ１３０の軸は、例えば、スピーカ１３０の振動板（例えばスピーカコーン）の中心を通り、かつ、振動板の振動方向に平行な仮想軸である。なお、スピーカ１３０の近傍とは、事前に録音した騒音源１５０からの騒音信号をスピーカ１３０にて再生した際に、マイク位置で下記制御帯域において－６ｄＢ以上の音圧を再現できる距離空間とする。例えば、騒音源１５０からの騒音をマイク１２０で検出することにより得られる検出信号が９０ｄＢを示す場合、スピーカ１３０の近傍は、８４ｄＢ以上の音圧を再現可能な距離範囲である。マイク１２０は、スピーカ１３０に取り付けられる部材を通してスピーカ１３０に取り付けられてもよい。部材は、マイク１２０を取り付けるための治具に限らず、スピーカ１３０のための部材であってよい。例えば、マイク１２０は、スピーカ１３０の前面を覆うフロントグリルに取り付けられる。

図２は、信号処理装置１１０の機能構成の一例を概略的に示している。図２に示すように、信号処理装置１１０は、制御信号生成部２１０、経路特性計測部２２０、モード切替部２３０、及び制御フィルタ生成部２４０を備える。

制御信号生成部２１０は、制御帯域制限フィルタ２１１、経路フィルタ２１２、及び制御フィルタ２１３を備え、これらのフィルタ２１１、２１２、２１３を使用してマイク１２０からの検出信号に基づいて制御信号を生成する。制御信号はスピーカ１３０に印加される。

制御帯域制限フィルタ２１１は、所定の通過帯域（周波数帯域）に従ってマイク１２０からの検出信号に対して帯域制限を行う。具体的には、制御帯域制限フィルタ２１１は、検出信号から所定の通過帯域に含まれる周波数成分を抽出する。制御帯域制限フィルタ２１１としては、所定の範囲内の周波数を通過させ、その範囲外の周波数を減衰させるバンドパスフィルタを使用することができる。制御帯域制限フィルタ２１１は、騒音を制御（低減）する対象となる周波数帯域を限定するために使用され、騒音を制御する対象となる周波数帯域が所定の通過帯域として設定される。騒音を制御する対象となる周波数帯域を制御帯域とも呼ぶ。

経路フィルタ２１２は、制御フィルタ２１３から出力される制御信号に基づいて経路特性信号を生成する。具体的には、経路フィルタ２１２は、制御信号に基づいてマイク位置での制御音を推定して経路特性信号を生成する。経路特性信号は、検出信号（具体的には帯域制限された検出信号）に含まれる制御音の成分の推定値を示す。経路フィルタ２１２は経路特性計測部２２０により生成又は更新される。

制御フィルタ２１３は、帯域制限された検出信号及び経路特性信号に基づいて、制御信号を生成する。具体的には、検出信号（具体的には帯域制限された検出信号）に含まれる騒音の成分の推定値を示す推定騒音信号が帯域制限された検出信号及び経路特性信号から生成され、制御フィルタ２１３は、推定騒音信号から制御信号を生成する。制御フィルタ２１３は、制御フィルタ生成部２４０により生成又は更新される。

経路特性計測部２２０は、制御帯域制限フィルタ２２１を含み、制御帯域制限フィルタ２２１を使用して、スピーカ１３０とマイク１２０との間の音響特性（空間伝達関数）を含む経路特性（伝達関数）を計測する。制御帯域制限フィルタ２２１は、制御信号生成部２１０の制御帯域制限フィルタ２１１のフィルタ特性と同等のフィルタ特性を持つ。一例では、制御帯域制限フィルタ２２１は制御帯域制限フィルタ２１１と同じものである。すなわち、１つの制御帯域制限フィルタが制御信号生成部２１０及び経路特性計測部２２０により共用される。他の例では、制御帯域制限フィルタ２２１は、制御帯域制限フィルタ２１１とは別のものである。経路特性計測部２２０は、経路特性の計測結果に基づいて経路フィルタ２１２を生成又は更新する。経路フィルタ２１２は、経路特性の計測結果に応じたフィルタ特性を持つ。

モード切替部２３０は、信号処理装置１１０の動作モードを制御モードと経路特性計測モードとの間で切り替える。制御モードは騒音を制御するモードであり、経路特性計測モードは経路特性を計測するモードである。動作モードが経路特性計測モードに設定されているときには、経路特性計測部２２０は動作し、制御信号生成部２１０は停止となる。動作モードが制御モードに設定されているときには、制御信号生成部２１０は動作し、経路特性計測部２２０は停止となる。

制御フィルタ生成部２４０は、制御帯域制限フィルタ２４１及び経路フィルタ２４２を含む。制御帯域制限フィルタ２４１は、所定の通過帯域に従って、騒音の特徴を含む騒音特徴信号に対して帯域制限を行う。制御帯域制限フィルタ２４１は、制御帯域制限フィルタ２１１のフィルタ特性と同等のフィルタ特性を持つ。経路フィルタ２４２は、経路特性計測部２２０により生成又は更新される。経路フィルタ２４２は、経路特性計測部２２０により得られる経路特性の計測結果に応じたフィルタ特性を持つ。制御フィルタ生成部２４０は、騒音特徴信号、制御帯域制限フィルタ２４１、及び経路フィルタ２４２を使用して、制御フィルタ２１３を生成又は更新する。

図３は、制御信号生成部２１０の構成の一例を概略的に示している。図３に示すように、制御信号生成部２１０は、遅延フィルタ３１１、制御フィルタ３１２、バンドパスフィルタ３２１、経路フィルタ３３１、及び加算器３４０を備える。制御フィルタ３１２、バンドパスフィルタ３２１、及び経路フィルタ３３１はそれぞれ、図２に示した制御フィルタ２１３、制御帯域制限フィルタ２１１、及び経路フィルタ２１２に相当する。

図３に示す例では、制御信号生成部２１０は、３つのＤＳＰ３１０、３２０、３３０と加算器３４０とを含む処理回路により実施される。遅延フィルタ３１１及び制御フィルタ３１２はＤＳＰ３１０に実装され、バンドパスフィルタ３２１はＤＳＰ３２０に実装され、経路フィルタ３３１はＤＳＰ３３０に実装される。図３及び他の図に示すＨは各ＤＳＰの特性を表す。具体的には、特性Ｈは、ＤＳＰに含まれるＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）の特性及びＤＳＰに含まれるＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）の特性を示す。加算器３４０は例えばオペアンプを含む。

マイク１２０の出力ポートはＤＳＰ３２０の入力ポートに接続される。ＤＳＰ３２０の出力ポートは加算器３４０の第１の入力ポートに接続される。ＤＳＰ３３０の出力ポートは加算器３４０の第２の入力ポートに接続される。加算器３４０の出力ポートはＤＳＰ３１０の入力ポートに接続される。ＤＳＰ３１０の出力ポートは、スピーカ１３０の入力ポート及びＤＳＰ３３０の入力ポートに接続される。

制御フィルタ３１２は、マイク１２０により得られる検出信号ｅ１に基づいて制御信号ｕを生成する。制御信号ｕは、スピーカ１３０及び経路フィルタ３３１へ供給される。スピーカ１３０は、制御信号ｕに基づく制御音を空間に出力する。マイク１２０は、制御音と騒音とを含む空間上の音を検出して検出信号ｅ１を生成する。マイク１２０で制御音と騒音とを含む空間上の音を検出することにより得られる検出信号を誤差信号とも呼ぶ。

バンドパスフィルタ３２１は、マイク１２０から誤差信号ｅ１を受け取り、所定の通過帯域に従って誤差信号ｅ１に対して帯域制限を行って誤差信号ｅ２を生成する。バンドパスフィルタ３２１は、フィルタ特性として、上記所定の通過帯域に応じたバンドパスフィルタ特性Ｆを持つ。バンドパスフィルタ３２１は、バンドパスフィルタ特性Ｆに従って誤差信号ｅ１を誤差信号ｅ２に変換する。本例では、バンドパスフィルタ３２１は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ又はＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタにより実施される。代替として、バンドパスフィルタ３２１は、アナログフィルタとして実施されてもよい。

経路フィルタ３３１は、制御フィルタ３１２から制御信号ｕを受け取り、制御信号ｕから経路特性信号を生成する。経路フィルタ３３１はフィルタ特性として経路特性－Ｃ″を持つ。経路特性－Ｃ″は、経路特性の計測結果に基づいて算出される経路特性Ｃ″に－１を乗じたものである。経路特性Ｃ″については後述する。経路フィルタ３３１は、経路特性－Ｃ″に従って制御信号ｕを経路特性信号に変換する。本例では、経路フィルタ３３１は、ＦＩＲフィルタにより実施される。代替として、経路フィルタ３３１は、ＩＩＲフィルタにより実施されてもよい。

加算器３４０は、経路フィルタ３３１からの経路特性信号をバンドパスフィルタ３２１からの誤差信号ｅ２に加えて推定騒音信号を生成する。なお、経路フィルタ３３１が経路特性Ｃ″を持つ場合、加算器３４０に代えて減算器が使用されてよい。減算器は、誤差信号ｅ２から経路特性信号を減じて推定騒音信号を生成する。加算器３４０又は減算器は、検出信号（具体的には帯域制限された検出信号）に含まれる騒音の成分を推定して推定騒音信号を生成する推定部に相当する。

遅延フィルタ３１１は、加算器３４０から推定騒音信号を受け取り、推定騒音信号を０秒以上の所定時間だけ遅延させて遅延推定騒音信号を生成する。遅延フィルタ３１１は、フィルタ特性として、上記所定時間に応じた遅れ特性Ｄを持つ。遅延フィルタ３１１は、遅れ特性Ｄに従って推定騒音信号を遅延推定騒音信号に変換する。

制御フィルタ３１２は、遅延フィルタ３１１から遅延推定騒音信号を受け取り、遅延推定騒音信号から制御信号を生成する。制御フィルタ３１２はフィルタ特性として制御特性Ｋを持つ。制御フィルタ３１２は、制御特性Ｋに従って遅延推定騒音信号を制御信号に変換する。本例では、制御フィルタ３１２は、ＦＩＲフィルタにより実施される。代替として、制御フィルタ３１２は、ＩＩＲフィルタにより実施されてもよい。

図４は、経路特性計測部２２０の構成の一例を概略的に示している。図４に示すように、経路特性計測部２２０は、入力信号生成部４１０、フィルタ４２１、バンドパスフィルタ４３１、及び経路特性算出部４４０を備える。バンドパスフィルタ４３１は、図２に示す制御帯域制限フィルタ２２１に相当する。

図４に示す例では、経路特性計測部２２０は、２つのＤＳＰ４２０、４３０、ＣＰＵを含むコンピュータ、及びオーディオインターフェースを含む処理回路により実施される。入力信号生成部４１０及び経路特性算出部４４０はコンピュータに実装され、フィルタ４２１はＤＳＰ４２０に実装され、バンドパスフィルタ４３１はＤＳＰ４３０に実装される。ＤＳＰ４３０は、図３に示すＤＳＰ３２０と同じものであってよい。すなわち、１つのＤＳＰが制御信号生成部２１０及び経路特性計測部２２０により共用されてよい。オーディオインターフェースは、ＤＡＣ及びＡＤＣを含む。

コンピュータは、オーディオインターフェースを介してＤＳＰ４２０の入力ポートに接続される。ＤＳＰ４２０の出力ポートはスピーカ１３０の入力ポートに接続される。マイク１２０の出力ポートはＤＳＰ４３０の入力ポートに接続される。ＤＳＰ４３０の出力ポートは、オーディオインターフェースを介してコンピュータに接続される。

入力信号生成部４１０は、経路特性計測用の音をスピーカ１３０に出力させる入力信号を生成する。入力信号として、例えば、白色ノイズ信号やＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号を使用することができる。

フィルタ４２１は、フィルタ特性としてスルー特性を持つ。フィルタ４２１は、入力信号生成部４１０から入力信号を受け取り、その信号特性を変化させずに入力信号を通過させる。フィルタ４２１は、例えば、ＦＩＲフィルタにより実施することができる。フィルタ４２１を含むＤＳＰ４２０は、ＤＳＰスルー特性Ｈを計測するために使用される。

スピーカ１３０は、ＤＳＰ４２０を介して入力信号生成部４１０から入力信号を受け取り、入力信号に基づく音を発する。マイク１２０は、スピーカ１３０からの音と騒音とを含む空間上の音を検出して検出信号を生成する。バンドパスフィルタ４３１は、所定の通過帯域に従ってマイク１２０からの検出信号に対して帯域制限を行う。バンドパスフィルタ４３１は、帯域制限された検出信号を出力信号として出力する。

経路特性算出部４４０は、入力信号生成部４１０から入力信号を受け取り、バンドパスフィルタ４３１から出力信号を受け取り、入力信号及び出力信号からスピーカ１３０とマイク１２０との間の音響特性を含む経路特性を算出する。

図５は、制御フィルタ生成部２４０の構成の一例を概略的に示している。図５に示すように、制御フィルタ生成部２４０は、騒音特徴信号取得部５０２、バンドパスフィルタ５０４、制御フィルタ５０６、経路フィルタ５０８、加算器５１０、経路フィルタ５１２、減算器５１４、遅延フィルタ５１６、経路フィルタ５１８、及び制御フィルタ算出部５２０を含む。バンドパスフィルタ５０４及び経路フィルタ５０８はそれぞれ、図２に示す制御帯域制限フィルタ２４１及び経路フィルタ２４２に相当する。図５に示す例では、制御フィルタ生成部２４０は、ＣＰＵを含むコンピュータに実装される。

騒音特徴信号取得部５０２は、騒音の特徴を含む信号を騒音特徴信号ｄ１として取得する。騒音制御を行わない状態でマイク１２０とは異なり得るマイクで騒音を検出することにより得られる検出信号を騒音信号とも呼ぶ。

第１の例では、騒音特徴信号取得部５０２は、マイク１２０によりリアルタイムに得られる騒音信号を騒音特徴信号ｄ１として取得する。第２の例では、騒音特徴信号取得部５０２は、予め用意される騒音信号を騒音特徴信号ｄ１として取得する。具体的には、騒音信号は、事前に取得されて図１に示すメモリ１１２に格納される。制御フィルタ生成部２４０が制御フィルタを生成する際に、騒音特徴信号取得部５０２は、メモリ１１２から騒音信号を読み出す。第１の例及び第２の例では、騒音信号を加工することなしに、騒音信号を騒音特徴信号ｄ１として使用される。

第３の例では、騒音特徴信号取得部５０２は、騒音信号から制御帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を中心とする帯域を持つバンドパスフィルタを生成し、生成したバンドパスフィルタで白色ノイズ信号をフィルタリングし、フィルタリングにより得られる信号を足し合わせることにより、騒音特徴信号ｄ１を生成する。騒音信号がｆ１Ｈｚとｆ２Ｈｚにピークを持ち、バンドパスフィルタのバンド幅を２ＤＨｚとすると、騒音特徴信号取得部５０２は、ｆ１－Ｄからｆ１＋Ｄの通過帯域を持つバンドパスフィルタ及びｆ２－Ｄからｆ２＋Ｄの通過帯域を持つバンドパスフィルタを生成する。

バンドパスフィルタのバンド幅は、騒音低減性能を満たすように調整又は設定される。例えば、翼の回転により生じる翼騒音は、翼の回転速度に対応する周波数（ｆ０Ｈｚ）及び翼枚数（Ｂ）に依存する基本周波数（Ｂ×ｆ０）とその倍長の周波数（Ｂ×ｆ０×ｘ）の成分を主として含む。ｘ＝１、ｘ＝２、ｘ＝３の３周波数の騒音を低減する場合、個々の周波数（Ｂ×ｆ０×ｘ）において騒音低減システム１００の騒音低減効果が目標騒音低減レベルに達し、かつ、バンド幅（±数Ｈｚ）ができるだけ広くなるように、バンド幅を試行錯誤的に設定する。騒音低減システム１００の騒音低減効果が目標騒音低減レベルに達しない場合は、目標騒音低減レベルを見直す、もしくは、騒音低減対象次数を削減する。例えば、ｘ＝１、ｘ＝２の２周波数の騒音を低減するようにする。

第４の例では、騒音特徴信号取得部５０２は、騒音信号から制御帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を中心とする帯域内の所定の刻み幅を有する複数の周波数を持つ複数の正弦波信号を足し合わせることにより、騒音特徴信号ｄ１を生成する。所定の刻み幅は、例えば、０．１Ｈｚであってよい。騒音信号がｆ１Ｈｚとｆ２Ｈｚにピークを持ち、帯域の幅を２ＤＨｚ、所定の刻み幅を０．１Ｈｚとすると、騒音特徴信号取得部５０２は、ｆ１－Ｄ、ｆ１－Ｄ＋０．１、ｆ１－Ｄ＋０．２、・・・、ｆ１＋Ｄ－０．１、ｆ１＋Ｄの周波数を持つ複数の正弦波信号及びｆ２－Ｄ、ｆ２－Ｄ＋０．１、ｆ１－Ｄ＋０．２、・・・、ｆ２＋Ｄ－０．１、ｆ２＋Ｄの周波数を持つ複数の正弦波信号を全て加算する。

バンドパスフィルタ５０４は、所定の通過帯域に従って騒音特徴信号ｄ１に対して帯域制限を行う。バンドパスフィルタ５０４は、図３に示すバンドパスフィルタ３２１を含むＤＳＰ３２０のフィルタ性能と同等のフィルタ特性を持つ。

制御フィルタ５０６は、帯域制限された騒音特徴信号ｄ１に基づいて制御信号ｕを生成する。

経路フィルタ５０８は、制御フィルタ５０６から制御信号ｕを受け取り、制御信号ｕから制御音信号ｓを生成する。制御音信号ｓは、マイク１２０により検出される空間上の音に含まれるスピーカ１３０からの音を推定した（シミュレーションした）結果を示す。経路フィルタ５０８は、フィルタ特性として経路特性Ｃを持つ。経路特性Ｃについては後述する。経路フィルタ５０８は、経路特性Ｃに従って制御信号ｕを制御音信号ｓに変換する。

加算器５１０は、バンドパスフィルタ５０４からの帯域制限された騒音特徴信号ｄ１と経路フィルタ５０８からの制御音信号ｓを加算して誤差信号ｅを生成する。誤差信号ｅは、減算器５１４及び制御フィルタ算出部５２０へ供給される。

経路フィルタ５１２は、制御フィルタ５０６から制御信号ｕを受け取り、制御信号ｕから経路特性信号ｚを生成する。経路フィルタ５１２は、フィルタ特性として経路特性Ｃを持つ。経路フィルタ５１２は、経路特性Ｃに従って制御信号ｕを経路特性信号ｚに変換する。

減算器５１４は、加算器５１０から誤差信号ｅを受け取り、経路フィルタ５１２から経路特性信号ｚを受け取る。減算器５１４は、誤差信号ｅから経路特性信号ｚを減じて推定騒音信号ｄ２を生成する。

遅延フィルタ５１６は、減算器５１４から推定騒音信号ｄ２を受け取り、所定時間だけ推定騒音信号ｄ２を遅らせて参照信号ｒを生成する。遅延フィルタ５１６は、図３に示す遅延フィルタ３１１の遅れ特性Ｄと同等の遅れ特性Ｄを持つ。遅延フィルタ５１６は、遅れ特性Ｄに従って推定騒音信号ｄ２を参照信号ｒに変換する。
参照信号ｒは、制御フィルタ５０６及び経路フィルタ５１８へ供給される。

制御フィルタ５０６は、参照信号ｒから制御信号ｕを生成する。制御フィルタ５０６は、フィルタ特性として制御特性Ｋを持つ。制御フィルタ５０６は、制御特性Ｋに従って参照信号ｒを制御信号ｕに変換する。

経路フィルタ５１８は、参照信号ｒから補助信号ｘ１を生成する。経路フィルタ５１８は、フィルタ特性として経路特性Ｃを持つ。経路フィルタ５１８は、経路特性Ｃに従って参照信号ｒを補助信号ｘ１に変換する。補助信号ｘ１は、制御フィルタ算出部５２０へ供給される。

制御フィルタ算出部５２０は、加算器５１０から誤差信号ｅを受け取り、経路フィルタ５１８から補助信号ｘ１を受け取る。制御フィルタ算出部５２０は、所定の更新則に従って、誤差信号ｅ及び補助信号ｘ１から制御フィルタ５０６を算出する。

ＡＮＣアルゴリズムとして周知のｆｉｌｔｅｒｅｄ－ｘ ＮＬＭＳ（Normalized Least Mean Square）アルゴリズムを使用する場合、更新則は下記式（１）で表すことができる。
ここで、θ_ｋは制御特性ＫのＦＩＲ表記であり、ζ_ｎは、時刻ｎにおける補助信号ｘ１の時系列データを表し、ｅ_ｎは、時刻ｎにおける誤差信号ｅを表す。μは最急降下法におけるステップサイズであり、βは任意数値（０より大きい）であり、例えば０．０１とする。

制御フィルタ算出部５２０は、制御特性Ｋが収束するまで、式（１）に従って制御特性Ｋを更新する。最終的に得られた制御特性Ｋが制御フィルタ３１２に設定される。

図６は、制御フィルタ生成部２４０の構成の他の例を概略的に示している。図６において、図５に示したものと同様の部分に同様の符号を付して、重複する説明を省略する。図６に示すように、制御フィルタ生成部２４０は、図５に示す構成要素に追加して、制御フィルタ６０２及び減算器６０４を備える。

経路フィルタ５１８から出力される補助信号ｘ１は、制御フィルタ６０２へさらに供給される。制御フィルタ６０２は、経路フィルタ５１８から補助信号ｘ１を受け取り、補助信号ｘ１から信号ｗを生成する。制御フィルタ６０２は、フィルタ特性として制御特性Ｋを持つ。制御フィルタ６０２は、制御特性Ｋに従って補助信号ｘ１を信号ｗに変換する。

経路フィルタ５１２から出力される経路特性信号ｚは、減算器６０４へさらに供給される。減算器６０４は、制御フィルタ６０２から信号ｗを受け取り、経路フィルタ５１２から経路特性信号ｚを受け取る。減算器６０４は、信号ｗから経路特性信号ｚを減じて補助信号ｘ２を生成する。補助信号ｘ２は制御フィルタ算出部５２０へ供給される。

制御フィルタ算出部５２０は、加算器５１０から誤差信号ｅを受け取り、経路フィルタ５１８から補助信号ｘ１を受け取り、減算器６０４から補助信号ｘ２を受け取る。制御フィルタ算出部５２０は、所定の更新則に従って、誤差信号ｅ及び補助信号ｘ１、ｘ２から制御フィルタ５０６を算出する。

ＡＮＣアルゴリズムとして周知の入力拘束アルゴリズムを使用する場合、更新則は下記式（２）又は（３）で表すことができる。
ここで、Ψ（ｎ）は、時刻ｎにおける補助信号ｘ１の時系列データを表し、ｅ（ｎ）は、時刻ｎにおける誤差信号ｅを表し、－（ｚ（ｎ）－ｗ（ｎ））は、時刻ｎにおける補助信号ｘ２を表す。

制御フィルタ算出部５２０は、制御特性Ｋが収束するまで、式（２）又は式（３）に従って制御特性Ｋを更新する。最終的に得られた制御特性Ｋが制御フィルタ３１２に設定される。

本実施形態では、騒音の特徴を含む騒音特徴信号を用いて、固定制御フィルタを設計する。例えば、離散周波数成分を持つ騒音の特徴周波数を特定し、特定した特徴周波数を含む周波数範囲の騒音を低減するように制御フィルタを設計する。当該周波数範囲の幅は、数Ｈｚから数十Ｈｚであり得る。このようにして設計された制御フィルタは、離散周波数成分を持つ騒音を低減することを可能にする。制御フィルタは、ノイズキャンセリングイヤホンに採用されるような従来の固定制御フィルタとは異なり、１００Ｈｚ以上の騒音を低減することも可能である。

さらに、本実施形態に係る制御フィルタ、特に、上述した第３の例又は第４の例に係る手法で生成された騒音特徴信号を使用して設計された制御フィルタは、ファン騒音のように、離散周波数が変動する場合にも、ある程度対応可能となる。なお、騒音特徴信号は、制御帯域制限フィルタ２１１、２２１、２４１の通過帯域内に離散周波数が含まれるように設定する必要がある。

また、本実施形態は、従来の固定制御フィルタ設計とは異なり、適応フィードバックタイプのＡＮＣシステムに基づいて制御フィルタを設計する。このため、マイク１２０とスピーカ１３０との距離が十分に長い場合においても、騒音低減が可能となる。

次に、騒音低減システム１００がオーディオインターフェース及びＤＳＰを使用して構築される例において、上述した経路特性Ｃ、Ｃ″を計測する方法を説明する。

騒音低減システム１００では、特性Ｃ０、特性Ｃ０２、特性Ｃ０３、特性Ｃ０Ｈ、特性Ｃ１、特性Ｃ、特性Ｃ′、特性Ｃ″が計測され得る。なお、特性Ｃ０、特性Ｃ０２、特性Ｃ０３、及び特性Ｃ０Ｈは事前に計測され、計測結果が図１に示すメモリ１１２に格納されていてもよい。

特性Ｃ０は、オーディオインターフェーススルー特性を示す。オーディオインターフェーススルー特性は、オーディオインターフェースに含まれるＡＤＣの特性及びオーディオインターフェースに含まれるＤＡＣの特性を示す。

特性Ｃ０２は、オーディオインターフェーススルー特性（Ｃ０）及びＤＳＰスルー特性（Ｈ）を示す。ＤＳＰスルー特性は、ＤＳＰに含まれるＡＤＣの特性及びＤＳＰに含まれるＤＡＣの特性を示す。

特性Ｃ０３は、オーディオインターフェーススルー特性（Ｃ０）、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、及びＤＳＰスルー特性（Ｈ）を示す。

特性Ｃ０Ｈは、オーディオインターフェーススルー特性（Ｃ０）、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、バンドパスフィルタ特性（Ｆ）を示す。

特性Ｃ１は、オーディオインターフェーススルー特性（Ｃ０）、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、経路特性、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、バンドパスフィルタ特性（Ｆ）を示す。経路特性は、スピーカ特性、マイク特性、アンプ特性を含む。

特性Ｃは、Ｃ１特性をＣ０特性で割ったものであり、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、経路特性、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、及びバンドパスフィルタ特性（Ｆ）を示す。

特性Ｃ′は、Ｃ１特性をＣ０２特性で割ったものであり、経路特性、ＤＳＰスルー特性（Ｈ）、及びバンドパスフィルタ特性（Ｆ）を示す。

特性Ｃ″は、Ｃ１特性をＣ０３特性で割ったものであり、経路特性及びバンドパスフィルタ特性（Ｆ）を示す。

特性Ｃ０は、図７Ａに示す手法で計測される。図７Ａでは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）７００がオーディオインターフェース７０２に接続される。オーディオインターフェース７０２の出力ポートがケーブルでオーディオインターフェース７０２の入力ポートに接続される。ＰＣ７００は第１信号をオーディオインターフェース７０２に供給する。第１信号として、例えば、白色ノイズ信号やＴＳＰ信号を使用することができる。第１信号は、オーディオインターフェース７０２内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、出力ポートから出力され、入力ポートからオーディオインターフェース７０２に戻り、オーディオインターフェース７０２内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、第２信号としてＰＣ７００に送出される。ＰＣ７００は、第１信号及び第２信号から特性Ｃ０を算出する。

特性Ｃ０２は、図７Ｂに示す手法で計測される。図７Ｂでは、ＰＣ７００がオーディオインターフェース７０２に接続される。オーディオインターフェース７０２の出力ポートがＤＳＰ７０４の入力ポートに接続され、ＤＳＰ７０４の出力ポートがオーディオインターフェース７０２の入力ポートに接続される。ＤＳＰ７０４は、スルー特性を持つフィルタを含む。フィルタは例えばＦＩＲフィルタにより実施される。ＤＳＰ７０４は、図４に示すＤＳＰ４２０に相当する。

ＰＣ７００からの第１信号は、オーディオインターフェース７０２内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、ＤＳＰ７０４内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、フィルタによりフィルタリングされ、ＤＳＰ７０４内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、オーディオインターフェース７０２内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、第２信号としてＰＣ７００に送出される。ＰＣ７００は、第１信号及び第２信号から特性Ｃ０２を算出する。

特性Ｃ０３は、図７Ｃに示す手法で計測される。図７Ｃでは、ＰＣ７００がオーディオインターフェース７０２に接続される。オーディオインターフェース７０２の出力ポートがＤＳＰ７０４の入力ポートに接続され、ＤＳＰ７０４の出力ポートがＤＳＰ７０６の入力ポートに接続され、ＤＳＰ７０６の出力ポートがオーディオインターフェース７０２の入力ポートに接続される。ＤＳＰ７０６は、ＤＳＰ７０４と同等のＤＳＰである。

ＰＣ７００からの第１信号は、オーディオインターフェース７０２内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、ＤＳＰ７０４内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ７０４のフィルタによりフィルタリングされ、ＤＳＰ７０４内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、ＤＳＰ７０６内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ７０６のフィルタによりフィルタリングされ、ＤＳＰ７０６内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、オーディオインターフェース７０２内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、第２信号としてＰＣ７００に送出される。ＰＣ７００は、第１信号及び第２信号から特性Ｃ０３を算出する。

特性Ｃ０Ｈは、図７Ｄに示す手法で計測される。図７Ｄでは、ＰＣ７００がオーディオインターフェース７０２に接続される。オーディオインターフェース７０２の出力ポートがＤＳＰ７０８の入力ポートに接続され、ＤＳＰ７０８の出力ポートがオーディオインターフェース７０２の入力ポートに接続される。ＤＳＰ７０８は、バンドパスフィルタを含む。ＤＳＰ７０８は、図３に示すＤＳＰ３２０及び図４に示すＤＳＰ４３０に相当する。

ＰＣ７００からの第１信号は、オーディオインターフェース７０２内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、ＤＳＰ７０８内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、バンドパスフィルタによりフィルタリングされ、ＤＳＰ７０８内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、オーディオインターフェース７０２内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、第２信号としてＰＣ７００に送出される。ＰＣ７００は、第１信号及び第２信号から特性Ｃ０Ｈを算出する。

特性Ｃ１は、図７Ｅに示す手法で計測される。特性Ｃ１は、経路特性計測モードにおいて計測される。図７Ｅに示す手法は、図４を参照して説明した経路特性を計測する方法に相当する。

図７Ｅでは、ＰＣ７００がオーディオインターフェース７０２に接続される。オーディオインターフェース７０２の出力ポートがＤＳＰ７０４の入力ポートに接続され、ＤＳＰ７０４の出力ポートがスピーカアンプ７１０の入力ポートに接続され、スピーカアンプ７１０の出力ポートがスピーカ７１２の入力ポートに接続される。マイク７１４の出力ポートがマイクアンプ７１６の入力ポートに接続され、マイクアンプ７１６の出力ポートがＤＳＰ７０８の入力ポートに接続され、ＤＳＰ７０８の出力ポートがオーディオインターフェース７０２の入力ポートに接続される。スピーカ７１２及びマイク７１４はそれぞれ、図２に示すスピーカ１３０及びマイク１２０に相当する。

ＰＣ７００からの第１信号は、オーディオインターフェース７０２内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、ＤＳＰ７０４内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ７０４のフィルタによりフィルタリングされ、ＤＳＰ７０４内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、スピーカアンプ７１０により増幅され、スピーカ７１２により音に変換される。スピーカ７１２からの音は、マイク７１４により電気信号に変換される。電気信号は、マイクアンプ７１６により増幅され、ＤＳＰ７０８内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ７０８のバンドパスフィルタによりフィルタリングされ、ＤＳＰ７０８内のＤＡＣによりアナログ信号に変換され、オーディオインターフェース７０２内のＡＤＣによりデジタル信号に変換され、第２信号としてＰＣ７００に送出される。ＰＣ７００は、第１信号及び第２信号から特性Ｃ１を算出する。

ＰＣ７００は、特性Ｃ１及び特性Ｃ０から特性Ｃを算出する。具体的には、ＰＣ７００は、特性Ｃ１を特性Ｃ０で割ることにより特性Ｃを求める。ＰＣ７００は、特性Ｃ１及び特性Ｃ０２から特性Ｃ′を算出する。具体的には、ＰＣ７００は、特性Ｃ１を特性Ｃ０２で割ることにより特性Ｃ′を求める。ＰＣ７００は、特性Ｃ１及び特性Ｃ０３から特性Ｃ″を算出する。具体的には、ＰＣ７００は、特性Ｃ１を特性Ｃ０３で割ることにより特性Ｃ″を求める。

上述したようにして計測された特性Ｃは、制御フィルタ生成部２４０において使用される。上述したようにして計測された特性Ｃ″は、制御信号生成部２１０において使用される。

次に、本実施形態に係る騒音低減手法の効果を試験した結果について説明する。

図８は、本実施形態に係る騒音低減手法の効果を試験する際の機器配置を概略的に示している。図８に示すように、各試験では、騒音制御用のスピーカ８０２とマイク８０４との間隔を４０ｍｍとし、騒音源としてスピーカ８０６を使用した。スピーカ８０２、マイク８０４、及びスピーカ８０６はそれぞれ、図１に示すスピーカ１３０、マイク１２０、及び騒音源１５０に相当する。また、システム遅延として数ミリ秒の遅れを有するＤＳＰを用いた（特性Ｈ）。

第１の試験では、上述した第１の例に従って取得された騒音特徴信号を使用した。すなわち、スピーカ８０６から出力される騒音をマイク８０４で検出することで得られる検出信号をそのまま騒音特徴信号として使用した。第１の試験に係る騒音特徴信号を図９に示す。図９において、実線が第１の試験に係る騒音特徴信号を表し、破線は制御フィルタ設計時の騒音低減のシミュレーション結果を表す。制御フィルタ設計時の騒音低減のシミュレーション結果は、図５に示す誤差信号ｅに対応する。第１の試験に係る感度関数を図１０に示す。

図１１は、第１の試験に係る騒音低減手法の効果を試験した結果を示している。図１１において、実線は、騒音制御を実施しない場合におけるマイク８０４からの検出信号を表し、破線は、騒音制御を実施した場合におけるマイク８０４からの検出信号（誤差信号）を表す。図１１からは、騒音の特徴周波数において騒音を低減できていることが確認できる。また、従来の固定制御フィルタ設計とは異なり、１００Ｈｚ以上の騒音を低減できることも確認できる。

第２の試験では、上述した第３の例に従って取得された騒音特徴信号を使用した。すなわち、スピーカ８０６から出力される騒音をマイク８０４で検出することで得られる検出信号から制御帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を中心とする帯域を持つバンドパスフィルタを生成し、生成したバンドパスフィルタで白色ノイズ信号をフィルタリングし、フィルタリングにより得られる信号を足し合わせることにより生成された騒音特徴信号を使用した。第２の試験に係る騒音特徴信号を図１２に示す。図１２において、実線が第２の試験に係る騒音特徴信号を表し、破線は制御フィルタ設計時の騒音低減のシミュレーション結果を表す。第２の試験に係る感度関数を図１３に示す。

図１４は、第２の試験に係る騒音低減手法の効果を試験した結果を示している。図１４において、実線は、騒音制御を実施しない場合におけるマイク８０４からの検出信号を表し、破線は、騒音制御を実施した場合におけるマイク８０４からの検出信号（誤差信号）を表す。図１４からは、騒音の特徴周波数において騒音を低減できていることが確認できる。また、従来の固定制御フィルタ設計とは異なり、１００Ｈｚ以上の騒音を低減できることも確認できる。

図１５は、第１の試験に係る制御性能及び第２の試験に係る制御性能を概略的に示している。図１６Ａ、図１６Ｂ、及び図１６Ｃは、図１５を部分的に拡大したものである。図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ、及び図１６Ｃにおいて、実線が第１の試験に係る制御性能を表し、破線が第２の試験に係る制御性能を表す。図１６Ａに示すように、４３７Ｈｚでは、第１の試験に係る６ｄＢ低減性能は４３３Ｈｚ～４４１Ｈｚにわたり、第２の試験に係る６ｄＢ低減性能は４３１Ｈｚ～４４３Ｈｚにわたる。よって、第２の試験に係る６ｄＢ低減帯域幅は、第１の試験に係る６ｄＢ低減帯域幅よりも約４Ｈｚ広い。図１６Ｂに示すように、８７４Ｈｚでは、第１の試験に係る６ｄＢ低減性能は８７０Ｈｚ～８７８Ｈｚにわたり、第２の試験に係る６ｄＢ低減性能は８６７．３Ｈｚ～８７９．６Ｈｚにわたる。よって、第２の試験に係る６ｄＢ低減帯域幅は、第１の試験に係る６ｄＢ低減帯域幅よりも約４．３Ｈｚ広い。図１６Ｃに示すように、１３１２Ｈｚでは、第２の試験に係る６ｄＢ低減帯域幅は、第１の試験に係る６ｄＢ低減帯域幅と略同じである。

図１５から図１６Ｃからは、第２の例に従って取得された騒音特徴信号を使用する構成は、第１の例に従って取得された騒音特徴信号を使用する構成よりも、離散周波数の変動に対して、より対応可能であることがわかる。

第３の試験は、第２の試験において経路特性に遅れ時間を付与したものである。具体的には、スピーカ８０２とマイク８０４の距離を１ｍ又は２ｍだけ延長し、第２の試験と同様にして得られる騒音特徴信号を使用した。

図１７は、第２の試験に係る制御性能及び第３の試験に係る制御性能を示している。図１８Ａ、図１８Ｂ、及び図１８Ｃは、図１７を部分的に拡大したものである。図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、及び図１８Ｃにおいて、実線が第２の試験に係る制御性能を表し、破線及び一点鎖線が第３の試験に係る制御性能を表す。図１７から図１８Ｃからは、スピーカ８０２とマイク８０４の距離を２ｍ延ばしたとしても、充分な騒音低減が可能であることが確認できる。

図２に示す構成では、制御フィルタ生成部２４０が信号処理装置１１０に設けられる。制御フィルタ生成部２４０は信号処理装置１１０の外部に設けられていてもよい。

図１９は、騒音低減システム１００の変形例を概略的に示している。図１９において、図１及び図２に示したものと同様の部分に同様の符号を付して、重複する説明を省略する。図１９に示す例では、騒音低減システム１００は、信号処理装置１９１０、遠隔制御装置１９２０、マイク１２０、及びスピーカ１３０を備える。信号処理装置１９１０は、マイク１２０及びスピーカ１３０に接続される。信号処理装置１９１０は、遠隔制御装置１９２０と通信可能に接続される。信号処理装置１９１０と遠隔制御装置１９２０との間の通信は、有線通信であってもよく、無線通信であってもよい。

信号処理装置１９１０は、制御信号生成部２１０、経路特性計測部２２０、モード切替部２３０、及び通信部１９１１を備える。通信部１９１１は、遠隔制御装置１９２０と通信する。通信部１９１１は、無線モジュールなどの通信インターフェースにより実施される。

遠隔制御装置１９２０は、制御フィルタ生成部２４０、通信部１９２１、及び遠隔制御部１９２２を備える。通信部１９２１は、信号処理装置１９１０と通信する。遠隔制御部１９２２は、信号処理装置１９１０を遠隔制御する。遠隔制御装置１９２０は、ＣＰＵ、メモリ、及び通信インターフェースを含むコンピュータ（例えばＰＣ）であり得る。

遠隔制御部１９２２は、モード切替部２３０を遠隔制御する。言い換えると、遠隔制御部１９２２は、動作モードの切替を遠隔制御する。例えば、遠隔制御部１９２２は、動作モードを制御モードから経路特性計測モードに切り替えるための切替信号を生成し、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０に切替信号を送信する。モード切替部２３０は、通信部１９１１を介して遠隔制御装置１９２０から切替信号を受信し、切替信号に従って動作モードを制御モードから経路特性計測モードに切り替える。

遠隔制御部１９２２は、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０から、経路特性計測部２２０により得られた経路特性の計測結果を受信する。さらに、遠隔制御部１９２２は、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０から騒音信号を受信する。制御フィルタ生成部２４０は、遠隔制御部１９２２から経路特性の計測結果及び騒音信号を受け取り、経路特性の計測結果及び騒音信号に基づいて制御フィルタを生成する。制御フィルタ生成部２４０は、生成した制御フィルタ（例えば制御特性Ｋ）を示す制御フィルタ情報を遠隔制御部１９２２に渡す。遠隔制御部１９２２は、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０に制御フィルタ情報を送信する。

モード切替部２３０は、通信部１９１１を介して遠隔制御装置１９２０から制御フィルタ情報を受信する。モード切替部２３０は、制御フィルタ情報により示される制御フィルタを制御信号生成部２１０に設定し、動作モードを経路特性計測モードから制御モードに切り替える。

このように、遠隔制御装置１９２０は、信号処理装置１９１０に対して制御フィルタを遠隔設定するように構成される。

遠隔制御装置１９２０は、信号処理装置１９１０に対して制御帯域制限フィルタを遠隔設定するようにさらに構成されてよい。例えば、遠隔制御部１９２２は、信号処理装置１９１０から受信した騒音信号に基づいて制御帯域を決定する。具体的には、遠隔制御部１９２２は、騒音信号から所定の音圧レベルを超えるピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を含む周波数帯域を制御帯域として決定する。代替として、遠隔制御部１９２２は、人間オペレータからの入力に基づいて制御帯域を決定してもよい。遠隔制御部１９２２は、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０に、制御帯域を示す制御帯域情報を送信する。信号処理装置１９１０は、遠隔制御装置１９２０から制御帯域情報を受信し、制御帯域情報により示される制御帯域を制御帯域制限フィルタに設定する。

遠隔制御装置１９２０は、制御モードにおける騒音低減効果をモニタリングし、騒音低減効果が目標騒音低減レベルを下回ったときに、制御フィルタを生成（更新）するように構成されてよい。例えば、遠隔制御部１９２２は、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０から、制御モードにおいて得られる誤差信号及び制御モードにおいて得られる推定騒音信号を受信する。遠隔制御部１９２２は、誤差信号の信号特性と推定騒音信号の信号特性を定期的に比較し、システムの騒音低減効果が目標騒音低減レベルに達しているかどうかをモニタリングする。他の例では、遠隔制御部１９２２は、通信部１９２１を介して信号処理装置１９１０から、制御モードにおいて得られる誤差信号、及び制御モードをオフにしたときにマイクにより得られる検出信号を受信する。遠隔制御部１９２２は、誤差信号の信号特性と検出信号の信号特性を定期的に比較し、システムの騒音低減効果が目標騒音低減レベルに達しているかどうかをモニタリングする。

他の例では、経路特性計測部２２０に含まれる経路特性算出部４４０は、遠隔制御装置１９２０に設けられていてもよい。すなわち、遠隔制御装置１９２０が経路特性の算出をさらに行うように構成されてもよい。この例では、経路特性計測部２２０は、図４に示すＤＳＰ４３０の出力信号をデジタル信号に変換したうえで、通信部１９１１を介して遠隔制御装置１９２０に送信する。遠隔制御装置１９２０は、信号処理装置１９１０から出力信号を受信し、受信した出力信号に基づいて経路特性を算出する。遠隔制御装置１９２０は、経路特性の算出結果を信号処理装置１９１０に送信する。

図２０は、図２に示す構成を備える騒音低減システム１００により実行される騒音低減方法の手順の一例を概略的に示している。図２０に示すフローの開始時には、騒音低減システム１００は制御モードで動作している。

ステップＳ１１において、騒音低減システム１００は騒音制御を行う。具体的には、制御信号生成部２１０は、騒音を低減させるための制御音をスピーカ１３０に出力させる制御信号を生成し、制御信号をスピーカ１３０に印加する。例えば、制御帯域制限フィルタ２１１は、所定の通過帯域に従って、マイク１２０により得られる検出信号に対して帯域制限を行う。経路フィルタ２１２は、帯域制限された検出信号に含まれる制御音の成分を推定して経路特性信号を生成する。帯域制限された検出信号及び経路特性信号から帯域制限された検出信号に含まれる騒音の成分が推定されて推定騒音信号が生成され、制御フィルタ２１３は、推定騒音信号に基づいて制御信号を生成する。

ステップＳ１２において、騒音低減システム１００は、制御フィルタ２１３を更新するか否かを判断する。具体的には、モード切替部２３０は、騒音低減効果をモニタリングする。騒音低減効果が所定の騒音低減レベルを超えている間は、モード切替部２３０は、制御フィルタ２１３を更新しないと判断する。処理はステップＳ１１に戻り、騒音低減システム１００は、騒音制御を継続する。

騒音低減効果が所定の騒音低減レベルを下回ると（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、モード切替部２３０は、制御フィルタ２１３を更新すると判断する。処理はステップＳ１３に進み、ステップＳ１３において、モード切替部２３０は、動作モードを制御モードから経路特性計測モードに切り替える。具体的には、モード切替部２３０は、制御信号生成部２１０を停止し、経路特性計測部２２０をアクティブにする。

ステップＳ１４において、経路特性計測部２２０は、スピーカ１３０からマイク１２０までの音響特性を含む経路特性を計測する。計測する対象となる経路特性は、上述した特性Ｃ１である。例えば、経路特性計測用の入力信号がスピーカ１３０に印加され、それにより、経路特性計測用の音がスピーカ１３０から出力される。制御帯域制限フィルタ２２１は、所定の通過帯域に従って、マイク１２０で経路特性計測用の音と騒音とを含む空間上の音を検出することにより得られる検出信号に対して帯域制限を行う。経路特性計測部２２０は、帯域制限された検出信号に基づいて経路特性を計測する。さらに、経路特性計測部２２０は、経路特性の計測結果に基づいて経路フィルタ２１２、２４２を生成する。経路特性計測部２２０は、経路特性Ｃ１の計測結果から上述した経路特性Ｃ、Ｃ″を算出し、算出した経路特性Ｃを経路フィルタ２４２に適用し、算出した経路特性Ｃ″を経路フィルタ２１２に適用する。このようにして、経路フィルタ２１２、２４２が更新される。

ステップＳ１５において、制御フィルタ生成部２４０は、制御フィルタ２１３を更新する。具体的には、制御フィルタ生成部２４０は、制御特性Ｋを算出し、算出した制御特性Ｋを制御フィルタ２１３に適用する。制御フィルタ２１３の生成については、図２１を参照して後述する。

ステップＳ１６において、モード切替部２３０は、動作モードを経路特性計測モードから制御モードに切り替える。具体的には、モード切替部２３０は、経路特性計測部２２０を停止し、制御信号生成部２１０をアクティブにする。処理はステップＳ１１に戻り、騒音低減システム１００は騒音制御を再開する。

図２１は、制御フィルタ生成部２４０により実行される制御フィルタ生成方法の手順の一例を概略的に示している。

図２１のステップＳ２１において、制御フィルタ生成部２４０は、騒音の特徴を含む騒音特徴信号を取得する。騒音特徴信号は、制御特性Ｋの算出が終了するまで継続的に生成される。例えば、制御フィルタ生成部２４０は、マイク１２０で騒音を検出することにより得られる騒音信号をそのまま騒音特徴信号として使用してもよい。制御フィルタ生成部２４０は、騒音信号から、所定の周波数帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を中心とする帯域を持つバンドパスフィルタを生成し、生成したバンドパスフィルタで白色ノイズ信号をフィルタリングし、フィルタリングにより得られる信号を足し合わせることにより、騒音特徴信号を生成してもよい。制御フィルタ生成部２４０は、騒音信号から、所定の周波数帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を中心とする帯域内の周波数を持つ正弦波信号を足し合わせることにより、騒音特徴信号を生成してもよい。

ステップＳ２２において、制御フィルタ生成部２４０は、制御帯域制限フィルタ２４１により、所定の周波数帯域に従って騒音特徴信号に対して帯域制限を行う。

ステップＳ２３において、制御フィルタ生成部２４０は、帯域制限された騒音特徴信号と、図２０のステップＳ１４において得られる経路特性の計測結果（具体的には、経路特性の計測結果から導出される経路特性Ｃ）と、に基づいて、制御特性Ｋを算出する。制御フィルタ生成部２４０は、例えば上記の式（１）、（２）、（３）のいずれかに従って、制御特性Ｋを算出する。

ステップＳ２４において、制御フィルタ生成部２４０は、制御特性Ｋが収束したか否かを判断する。制御特性Ｋが収束していない場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、処理はステップＳ２３に戻り、制御特性Ｋが例えば上記の式（１）、（２）、（３）のいずれかに従って更新される。

制御特性Ｋが収束すると（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、処理は終了となる。

以上のように、本実施形態では、騒音低減システム１００は、マイク１２０、スピーカ１３０、制御信号生成部２１０、経路特性計測部２２０、モード切替部２３０、及び制御フィルタ生成部２４０を備える。制御信号生成部２１０は、動作モードが制御モードに設定されているときに動作する。制御信号生成部２１０は、マイク１２０で騒音と制御音とを含む空間上の音を検出することにより得られる検出信号に基づいて、騒音を低減するための制御音をスピーカ１３０に出力させる制御信号を生成する制御フィルタ２１３を含む。経路特性計測部２２０は、動作モードが経路特性計測モードに設定されているときに動作する。経路特性計測部２２０は、スピーカ１３０とマイク１２０との間の音響特性を含む経路特性を計測する。制御フィルタ生成部２４０は、経路特性の計測結果と、騒音の特徴を含む騒音特徴信号と、所定の周波数帯域に従って騒音特徴信号に対して帯域制限を行う制御帯域制限フィルタ２４１と、を使用して、制御フィルタ２１３を生成する。

上記の構成では、騒音の特徴を含む騒音特徴信号を使用して制御フィルタ２１３が生成される。これにより、離散周波数成分を持つ騒音を低減することが可能となる。また、動作モードが制御モードと経路特性計測モードとの間で切り替えられ、経路特性計測モードにおいて経路特性が計測され、経路特性の計測結果にさらに基づいて制御フィルタ２１３が生成される。これにより、スピーカ１３０とマイク１２０との間の音響特性が温度や湿度などの環境の変化に伴って変化する場合にも、高い騒音低減効果を得ることができる。さらに、制御モード中に制御フィルタを逐次更新しないので、システム実装が容易になる。

制御フィルタ生成部２４０は、マイク１２０で騒音を検出することにより得られる騒音信号から、所定の周波数帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を含む帯域を持つバンドパスフィルタを生成し、生成したバンドパスフィルタで白色ノイズ信号をフィルタリングし、フィルタリングにより得られる信号を足し合わせることにより、騒音特徴信号を生成してもよい。また、制御フィルタ生成部２４０は、騒音信号から、所定の周波数帯域においてピークを持つ周波数を特定し、特定した周波数を含む帯域内の周波数を持つ正弦波信号を足し合わせることにより、騒音特徴信号を生成してもよい。これにより、騒音の離散周波数が変動する場合にも、高い騒音低減効果を得ることができる。

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。

１００…騒音低減システム、１１０…信号処理装置、１１１…処理回路、１１２…メモリ、１２０…マイク、１３０…スピーカ、１５０…騒音源、２１０…制御信号生成部、２１１…制御帯域制限フィルタ、２１２…経路フィルタ、２１３…制御フィルタ、２２０…経路特性計測部、２２１…制御帯域制限フィルタ、２３０…モード切替部、２４０…制御フィルタ生成部、２４１…制御帯域制限フィルタ、２４２…経路フィルタ、３１１…遅延フィルタ、３１２…制御フィルタ、３２１…バンドパスフィルタ、３３１…経路フィルタ、３４０…加算器、４１０…入力信号生成部、４２１…フィルタ、４３１…バンドパスフィルタ、４４０…経路特性算出部、５０２…騒音特徴信号取得部、５０４…バンドパスフィルタ、５０６…制御フィルタ、５０８…経路フィルタ、５１０…加算器、５１２…経路フィルタ、５１４…減算器、５１６…遅延フィルタ、５１８…経路フィルタ、５２０…制御フィルタ算出部、６０２…制御フィルタ、６０４…減算器、７００…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、７０２…オーディオインターフェース、７１０…スピーカアンプ、７１２…スピーカ、７１４…マイク、７１６…マイクアンプ、８０２…スピーカ、８０４…マイク、８０６…スピーカ、１９１０…信号処理装置、１９１１…通信部、１９２０…遠隔制御装置、１９２１…通信部、１９２２…遠隔制御部。

Claims (14)

1. 音波を電気信号に変換するマイクと、
   電気信号を音波に変換するスピーカと、
   動作モードを制御モードと経路特性計測モードとの間で切り替えるモード切替部と、
   前記動作モードが前記制御モードに設定されているときに動作し、前記マイクで騒音を含む第１の音を検出することにより得られる第１の検出信号に基づいて、前記騒音を低減させるための制御音を前記スピーカに出力させる制御信号を生成する制御フィルタを含む制御信号生成部と、
   前記動作モードが前記経路特性計測モードに設定されているときに動作し、前記スピーカと前記マイクとの間の音響特性を含む経路特性を計測する経路特性計測部と、
   前記経路特性の計測結果と、前記騒音の特徴を含む騒音特徴信号と、所定の周波数帯域に従って前記騒音特徴信号に対して帯域制限を行う第１の制御帯域制限フィルタと、を使用して、前記制御フィルタを生成する制御フィルタ生成部と、
   を備える騒音低減システム。
2. 前記制御フィルタ生成部は、前記マイクで前記騒音を検出することにより得られる第２の検出信号を前記騒音特徴信号として使用する、請求項１に記載の騒音低減システム。
3. 前記制御フィルタ生成部は、前記マイクで前記騒音を検出することにより得られる第２の検出信号から、前記所定の周波数帯域においてピークを持つ周波数を特定し、前記特定した周波数を含む帯域を持つバンドパスフィルタを生成し、前記生成したバンドパスフィルタで白色ノイズ信号をフィルタリングし、フィルタリングにより得られる信号を足し合わせることにより、前記騒音特徴信号を生成する、請求項１に記載の騒音低減システム。
4. 前記バンドパスフィルタのバンド幅は、所定の騒音低減性能を満たすように調整される、請求項３に記載の騒音低減システム。
5. 前記制御フィルタ生成部は、前記マイクで前記騒音を検出することにより得られる第２の検出信号から、前記所定の周波数帯域においてピークを持つ周波数を特定し、前記特定した周波数を含む帯域内の周波数を持つ正弦波信号を足し合わせることにより、前記騒音特徴信号を生成する、請求項１に記載の騒音低減システム。
6. 前記制御フィルタ生成部は、前記経路特性の計測結果に基づいて生成され、前記マイクにより検出される前記スピーカからの音を推定した結果を示す制御音信号を生成する第１の経路フィルタをさらに含み、前記帯域制限された騒音特徴信号及び前記制御音信号に基づいて前記制御フィルタを生成する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の騒音低減システム。
7. 前記制御信号生成部は、前記所定の周波数帯域に従って前記第１の検出信号に対して帯域制限を行う第２の制御帯域制限フィルタと、前記帯域制限された第１の検出信号に含まれる前記制御音の成分を推定して経路特性信号を生成する第１の経路フィルタと、をさらに含み、前記第１の経路フィルタは、前記経路特性の計測結果に基づいて生成され、
   前記制御フィルタは、前記帯域制限された第１の検出信号と前記経路特性信号とに基づいて、前記制御信号を生成する、
   請求項１に記載の騒音低減システム。
8. 前記経路特性計測部は、前記所定の周波数帯域に従って、前記マイクで前記スピーカから出力される経路特性計測用の音と前記騒音とを含む第２の音を検出することにより得られる第３の検出信号に対して帯域制限を行う第３の制御帯域制限フィルタを含み、前記帯域制限された第３の検出信号に基づいて前記経路特性を算出する、
   請求項１に記載の騒音低減システム。
9. 前記マイク及び前記スピーカに接続される信号処理装置と、
   前記信号処理装置と通信可能に接続される遠隔制御装置と、
   をさらに備え、
   前記制御信号生成部、前記経路特性計測部、及び前記モード切替部は前記信号処理装置に設けられ、前記制御フィルタ生成部は前記遠隔制御装置に設けられ、
   前記遠隔制御装置は、前記信号処理装置から、前記マイクで前記騒音を検出することにより得られる第２の検出信号を受信し、前記第２の検出信号から前記騒音特徴信号を生成し、前記制御フィルタ生成部により生成された制御フィルタを示す制御フィルタ情報を前記信号処理装置に送信する、
   請求項１に記載の騒音低減システム。
10. 前記遠隔制御装置は、前記信号処理装置に対して前記第１の制御帯域制限フィルタを設定する、請求項９に記載の騒音低減システム。
11. 前記遠隔制御装置は、前記信号処理装置から前記第１の検出信号を含む複数の信号を受信し、前記複数の信号に基づいて騒音低減効果をモニタリングし、前記騒音低減効果が所定の騒音低減効果レベルを下回ったことに応答して、前記動作モードを前記経路特性計測モードに切り替えるよう前記モード切替部を制御する、請求項９に記載の騒音低減システム。
12. 前記マイクは、前記スピーカの軸上を含む前記スピーカの近傍に配置され、前記スピーカに取り付けられた部材を通して前記スピーカに取り付けられる、請求項１に記載の騒音低減システム。
13. 音波を電気信号に変換するマイク及び電気信号を音波に変換するスピーカを備える騒音低減システムにより実行される騒音低減方法であって、
    動作モードを制御モードと経路特性計測モードとの間で切り替えることと、
    前記動作モードが前記制御モードに設定されているときに、制御フィルタを使用して、前記マイクで騒音を含む第１の音を検出することにより得られる第１の検出信号に基づいて、前記騒音を低減させるための制御音を前記スピーカに出力させる制御信号を生成することと、
    前記動作モードが前記経路特性計測モードに設定されているときに、前記スピーカと前記マイクとの間の音響特性を含む経路特性を計測することと、
    前記経路特性の計測結果と、前記騒音の特徴を含む騒音特徴信号と、所定の周波数帯域に従って前記騒音特徴信号に対して帯域制限を行う第１の制御帯域制限フィルタと、を使用して、前記制御フィルタを生成することと、
    を備える騒音低減方法。
14. スピーカから出力される制御音で騒音を低減する制御モードと、前記スピーカとマイクとの間の音響特性を含む経路特性を計測する経路特性計測モードと、の間で、動作モードを切り替える手段、
    前記騒音の特徴を含む騒音特徴信号を取得する手段、
    所定の周波数帯域に従って前記騒音特徴信号に対して帯域制限を行う手段、及び
    前記経路特性の計測結果及び前記帯域制限された騒音特徴信号に基づいて、前記制御音を前記スピーカに出力させる制御信号を生成する制御フィルタを生成する手段
    としてコンピュータを機能させるための騒音低減プログラム。