JP2596317Y2

JP2596317Y2 - 音楽再生装置

Info

Publication number: JP2596317Y2
Application number: JP1993020538U
Authority: JP
Inventors: 政一秋保; 哲金森
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2008-03-29
Also published as: JPH0673996U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、音楽再生装置に係わ
り、特に音楽信号の不要な不要音キャンセル点における
不要音をキャンセルする不要音キャンセル装置を含む音
楽再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音楽再生装置としては、従来より複数の
音楽発生源を用いて、自然な再生音場を創りだす方法が
知られている。図１１は従来の車室内音楽再生装置の構
成図であり、４１は音楽信号を再生する音楽再生源、４
２ＦＬ、４２ＦＲ、４２ＲＬ、４２ＲＲは音楽再生源か
ら音楽信号を入力され車室内に音楽信号を出力する音楽
発生源、４３Ｆ、４３Ｒは音楽信号を聴取する聴取者で
ある。聴取者４３Ｆは自分の耳元で自然な再生音場とな
るように各音楽発生源４２ＦＬ、４２ＦＲ、４２ＲＬ、
４２ＲＲの音量音質を調整し音楽信号を聴取する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】以上の音楽再生装置に
おいて、聴取者４３Ｆが自分の耳元で自然な音場となる
ように各音楽発生源４２ＦＬ、４２ＦＲ、４２ＲＬ、４
２ＲＲの音量音質を調整した時、聴取者４３Ｒに対して
も自然な音場となることが好ましいが、音楽発生源４２
ＦＬ，４２ＲＬ，４２ＲＲは聴取者４３Ｆから離れてい
るために、音楽発生源４２ＦＬ，４２ＲＬ，４２ＲＲの
音量は高く設定され、かつ、聴取者４３Ｒは聴取者４３
Ｆよりも音楽発生源４２ＲＬ，４２ＲＲに近い為、聴取
者４３Ｒに対しては不要音を発生していることとなり、
聴取者４３Ｒは音楽発生源４２ＲＬ，４２ＲＲからの音
楽信号がうるさく苦痛だと感じてしまうという問題があ
った。以上から本考案の目的は、聴取者４３Ｆの耳元
で自然な音場となっても、他の座席に着座している聴取
者４３Ｒに不要な音楽信号を与えない音楽再生装置を提
供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題は本考案におい
ては、音楽再生源で再生された音楽信号をスピーカより
出力する音楽再生装置において、該スピーカより出力さ
れる不要音をキャンセルするために、キャンセル音を出
力するキャンセル音発生源と、不要音キャンセル点にお
ける不要音とキャンセル音との合成信号を検出するセン
サと、該センサによって検出された合成信号と前記音楽
再生源から再生される音楽信号を各々入力し、所定のフ
ィルタを通した該音楽信号を参照信号として、該合成信
号をエラー信号として各々用いて前記不要音キャンセル
点における不要音をキャンセルするように適応信号処理
を行い、前記キャンセル音発生源に不要音キャンセル信
号を入力する不要音キャンセルコントローラを備えたこ
とにより達成できる。

【０００５】

【作用】音楽再生源により音楽信号が再生され、音楽発
生源から音楽信号が出力される。一方、不要音キャンセ
ルコントローラには該音楽信号が参照信号として入力さ
れると共に、不要音キャンセル点に設置されたセンサに
より検出された不要な音楽信号とキャンセル音発生源か
ら出力された不要音キャンセル音との合成信号が入力さ
れ、該合成信号が最小となるように適応信号処理を行っ
てキャンセル音発生源から不要音キャンセル音を出力す
る。これが繰り返されることにより不要音がキャンセル
される。

【０００６】

【実施例】図１は、本考案の車室内音楽再生装置の実施
例構成図である。図中、１１は音楽信号を再生する音楽
再生源、１２ＦＬ，１２ＦＲ，１２ＲＬ，１２ＲＲは音
楽信号を出力する音楽信号用スピーカであり、これら音
楽再生源と音楽信号用スピーカによって従来技術と何ら
変わりない音楽信号が出力される。１３は不要音キャン
セル点における不要音をキャンセルするための適応信号
処理を行うＤＳＰ構成の不要音キャンセルコントローラ
であり、音楽再生源１１から発生する音楽信号を参照信
号として入力すると共に、不要音キャンセル点における
不要音と、キャンセル音の合成信号をエラーマイク１４
Ｌ，１４Ｒによりエラー信号として入力し該エラー信号
が最小となるように適応信号処理を行って不要音キャン
セル信号を出力する。

【０００７】図２は不要音キャンセルを実現する装置の
構成図であり、２１は音楽信号を再生する音楽再生源、
２２は音楽信号を出力する音楽信号用スピーカ、２３は
不要音キャンセルコントローラであり、参照信号Ｘnを
入力されると共に、車室内の不要音キャンセル位置（観
測点）における不要音Ｓnnとキャンセル音Ｓcnの合成信
号をエラー信号ｅnとして入力され、該エラー信号が最
小となるように適応信号処理を行って不要音キャンセル
信号ｙanを出力する。不要音キャンセルコントローラ２
３は、適応信号処理部２３ａと、デジタルフィルタ構成
の適応フィルタ２３ｂと、不要音キャンセルスピーカか
ら不要音キャンセル点までのキャンセル音伝搬系（二次
音伝搬系）の伝達関数に基づいて作成され、参照信号Ｘ
nが入力されるフィルタ２３ｃを有している。２４は不
要音キャンセル音Ｓcnを放射する不要音キャンセルスピ
ーカ、２５は不要音キャンセル点に配置され、不要音Ｓ
nnとキャンセル音Ｓcnの合成音を検出し、合成信号をエ
ラー信号ｅnとして出力するエラーマイクである。尚、
ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータ等は省略している。

【０００８】適応信号処理部２３ａは不要音キャンセル
点におけるエラー信号ｅnとフィルタ２３ｃを介して入
力される信号処理用の参照信号Ｒnを入力され、これら
信号を用いて不要音キャンセル点における不要音をキャ
ンセルするように適応信号処理を行って適応フィルタ２
３ｂの係数を決定する。例えば適応信号処理部２３ａは
周知のＬＭＳ(Least Mean Square)適応アルゴリズムに
従って、エラーマイク２５から入力されたエラー信号ｅ
nが最小となるように適応フィルタ２３ｂの係数を決定
する。適応フィルタ２３ｂは適応信号処理部２３ａによ
り決定された係数に従って参照信号Ｘnにデジタルフィ
ルタ処理を施して不要音キャンセルスピーカ２４より不
要音キャンセル音Ｓcnを出力する。尚、参照信号Ｘn
は、消去したい不要音Ｓnnと相関の高い信号でなくては
ならず、参照信号と相関のない信号は消去されない。

【０００９】音楽再生源２１による音楽信号の再生が開
始されると、該音楽信号は参照信号Ｘnとして不要音キ
ャンセルコントローラ２３に入力される。同時に音楽信
号用スピーカ２２からも該音楽信号が出力され、所定の
伝達関数を有する伝搬系（一次音伝搬系）を伝搬して不
要音キャンセル点に至る。従って、該不要音キャンセル
点における不要音Ｓnnはレベルが若干弱まり、かつ若干
遅延して図３(b)に示すようになる。最初、不要音キャ
ンセルコントローラ２３は例えば参照信号Ｘnと位相が
逆の不要音キャンセル信号ｙanを出力し、不要音キャン
セルスピーカ２４より図３(c)に示すキャンセル音Ｓcn
を出力する。しかし、不要音Ｓnnのレベルと位相がずれ
ているため、キャンセル音Ｓcnにより不要音はキャンセ
ルされず、エラー信号ｅnが発生する。不要音キャンセ
ルコントローラ２３は該エラー信号ｅnが最小となるよ
うに適応信号処理を行って適応フィルタ２３ｂの係数を
決定し、理想的な場合、最終的に図３(d)に示すように
キャンセル音Ｓcnの位相を不要音Ｓnnの位相と逆相に
し、かつレベルを一致させ不要音をキャンセルする。

【００１０】以上は説明を簡単にするために、キャンセ
ル音発生源（不要音キャンセルスピーカ）を一個、不要
音キャンセル点（観測点）を１箇所とした例である。し
かし実際には不要音をキャンセルしたい地点（観測点）
は複数存在する。このため１つの不要音キャンセルスピ
ーカでは各観測点の不要音をキャンセルできず、不要音
キャンセルスピーカも複数存在する。図４は不要音キャ
ンセルスピーカがＭ個、観測点がＬ箇所の場合における
不要音キャンセル装置の構成図である。３１は各観測点
における不要音をキャンセルするように動作するＤＳＰ
（デジタル・シグナル・プロセッサ）構成の不要音キャ
ンセルコントローラ、３２は音楽信号用スピーカ（図示
せず）から各観測点まで不要音が伝搬する系を表現した
一次音仮想伝搬系（不要音伝搬系）、３３は不要音キャ
ンセルスピーカの特性を含め、各キャンセルスピーカか
ら各観測点までのキャンセル音が伝搬する系を表現する
二次音伝搬系（キャンセル音伝搬系）、３４は各観測点
におけるマイクの機能を表現する信号合成部で、加算部
３４1〜３４1'は第１観測点におけるマイクに相当し、
加算部３４2〜３４2'は第２観測点におけるマイクに相
当し、・・・加算部３４L〜３４L'は第Ｌ観測点におけ
るマイクに相当する。ｄdln〜ｄdLnは各観測点における
キャンセル対象でない外部雑音である。尚、ＤＡコンバ
ータ、ＡＤコンバータ等は省略している。

【００１１】不要音キャンセルコントローラ３１はＤＳ
Ｐで構成され、適応フィルタ３１ａと、フィルタードＸ
信号作成用フィルタ３１ｂと、適応信号処理部３１ｃと
に分けられる。適応フィルタ３１ａは入力された参照信
号Ｘnに所定のフィルタリング処理を施して不要音キャ
ンセル信号ｙaln〜ｙaMnを発生し、該不要音キャンセル
信号を各不要音キャンセルスピーカに入力する。フィル
タードＸ信号作成用フィルタ３１ｂは参照信号Ｘnに二
次音伝搬系３３の伝達関数マトリクスの各要素（伝搬要
素）を畳み込んで信号処理用の参照信号（フィルタード
Ｘ信号）ｒ11n〜ｒLMnを出力する。適応信号処理部３１
ｃは各観測点におけるエラー信号ｅ1n〜ｅLnとフィルタ
３１ｂから出力されるフィルタードＸ信号ｒ11n〜ｒLMn
を入力され、これら信号を用いて各観測点における不要
音をキャンセルするように適応信号処理を行って適応フ
ィルタ３１ａの係数を決定する。

【００１２】図５は一次音仮想伝搬系３２の説明図であ
り、図５(a)に示すように音楽信号用スピーカＭＧから
発生する音楽信号は所定の周波数・位相特性を有する一
次音伝搬系３２を伝搬して各観測点に設けたマイク（Ｍ
ＩＣ1〜ＭＩＣL）に到達する。従って、音楽信号用スピ
ーカＭＧからの音楽信号が第ｊ番目のマイクＭＩＣjに
至る伝搬系の伝達関数をＨjとすると、一次音仮想伝搬
系２２は図５(b)に示すように表現され、その伝達関数
マトリクス（Ｈ）は以下のようになる。

【００１３】

【数１】

【００１４】伝達関数マトリクス（Ｈ）の各要素Ｈjは
図６に示すＦＩＲ型デジタルフィルタによりモデル化さ
れる。すなわち、入力信号を順次１サンプリング時間遅
延する遅延素子ＤＬと、各遅延要素出力に係数ｈ0、ｈ
1、ｈ2・・・を乗算する乗算部ＭＬと、乗算部出力を加
算する加算部ＡＤより成るデジタルフィルタでモデル化
される。図７は二次音伝搬系３３の説明図であり、図７
(a)に示すように各キャンセルスピーカＳＰ1〜ＳＰMか
ら発生する不要音キャンセル音は所定の周波数・位相特
性を有する二次音伝搬系３３を伝搬して各観測点に設け
たマイク（ＭＩＣ1〜ＭＩＣL）に到達する。従って、第
ｉ番目の不要音キャンセル信号ｙainに基づくキャンセ
ル音が第ｊ番目のマイクＭＩＣjに至る二次音伝搬系の
伝達特性をＣjiとすると、二次音伝搬系３３は図７(b)
に示すようにモデル化され、その伝達関数マトリクス
（Ｃ）は以下のようになる。

【００１５】

【数２】

【００１６】伝達関数マトリクス（Ｃ）の各要素は一次
音仮想伝搬系３２の場合と同様に、図６に示すＦＩＲ型
デジタルフィルタによりモデル化される。すなわち、入
力信号を順次１サンプリング時間遅延する遅延素子ＤＬ
と、各遅延要素出力に係数Ｃ0、Ｃ1、Ｃ2・・・を乗算
する乗算ＭＬと、乗算部出力を加算する加算部ＡＤより
成るデジタルフィルタでモデル化される。図８は二次音
伝搬系３３の伝達関数マトリクス（Ｃ）の各要素Ｃijを
用いて作成したフィルタードＸ信号作成用フィルタ３１
ｂの構成図である。適応信号処理部３１ｃは参照信号Ｘ
nと、各観測点における不要音とキャンセル音との合成
信号（エラー信号）ｅ1n〜ｅLnとに基づいて適応信号処
理を実行して適応フィルタの係数を更新し、適応フィル
タ３１ａは参照信号Ｘnを入力されて不要音キャンセル
信号ｙaln〜ｙaMnを発生して不要音キャンセルスピーカ
に入力し、各観測点の不要音をキャンセルする。

【００１７】ところで、適応フィルタ３１ａから出力さ
れる不要音キャンセル信号ｙaln〜ｙaMnは観測点にその
まま到達するのではなく、二次音伝搬系３３の周波数・
位相特性の影響を受けて到達する。このため、適応信号
処理部３１ｃは、参照信号Ｘnをそのまま使用せず、参
照信号に二次音伝搬系３３の特性を付加した信号を用い
るフィルタードＸＬＭＳ（ＭＥＦＸＬＭＳ）アルゴ
リズムを使用し、より高度な不要音キャンセル制御を行
っている。すなわち、フィルタードＸＬＭＳアルゴリ
ズムでは、参照信号Ｘnをフィルタ３１ｂによりフィル
タリングした信号（フィルタードＸ信号）と観測点にお
けるエラー信号とを用いて適応フィルタ３１ａの係数更
新を行う。

【００１８】図８において、Ｃijは二次音伝搬系３３に
おける伝達関数マトリクス（Ｃ）の各要素Ｃij（図７参
照）を実現するＦＩＲ型デジタルフィルタである。フィ
ルタ３１ｂは参照信号Ｘnに全ての伝搬要素の特性を畳
み込んで（全ての伝搬要素に対応するフィルタを通過さ
せて）フィルタードＸ信号ｒ11n〜ｒLMnを出力するよう
になっている。すなわち、参照信号Ｘnに第１番目のス
ピーカから全観測点までの伝搬要素Ｃ11〜ＣL1を作用さ
せてフィルタードＸ信号ｒ11n〜ｒL1nを出力し、参照信
号Ｘnに第２番目のスピーカから全観測点までの伝搬要
素Ｃ12〜ＣL2を作用させてフィルタードＸ信号ｒ12n〜
ｒL2nを出力し、・・・参照信号Ｘnに第Ｍ番目のスピー
カから全観測点までの伝搬要素Ｃ1M〜ＣLMを作用させて
フィルタードＸ信号ｒ1Mn〜ｒLMnを出力する。尚、Ｒ1＝（ｒ11n ｒ21n・・・ｒL1n）Ｒ2＝（ｒ12n ｒ22n・・・ｒL2n）・・・ＲM＝（ｒ1Mn ｒ2Mn・・・ｒLMn）と表現する。

【００１９】図９は多出力の適応フィルタ３１ａの構成
図であり、二次音伝搬系３３と同様の構造を有してい
る。Ａ1n〜ＡMnはＦＩＲ型デジタルフィルタで構成さ
れ、例えば、入力信号を順次１サンプリング時間遅延す
る遅延素子ＤＬ１，ＤＬ２・・・と、各遅延要素出力に
係数ａ0，ａ1、ａ2・・・を乗算する乗算部ＭＬ１，Ｍ
Ｌ２，ＭＬ３・・・と、乗算部出力を加算する加算部Ａ
Ｄ１、ＡＤ２・・・で実現される。尚、遅延段数は２段
に限らない。参照信号ＸnをデジタルフィルタＡ1nに入
力することにより第１番目のキャンセルスピーカに入力
する不要音キャンセル信号ｙalnが得られ、参照信号Ｘn
をデジタルフィルタＡ2nに入力することにより第２番目
のキャンセルスピーカに入力する不要音キャンセル信号
ｙa2nが得られ、・・・参照信号Ｘnをデジタルフィルタ
ＡMnに入力することにより第Ｍ番目のキャンセルスピー
カに入力する不要音キャンセル信号ｙaMnが得られる。

【００２０】適応フィルタ３１ａにおける各ＦＩＲ型デ
ジタルフィルタＡ1n〜ＡMnを３個の係数（２段遅延）で
構成する時、適応信号処理部３１ｃは各ＦＩＲ型デジタ
ルフィルタＡ1n〜ＡMnの３つの係数毎に適応信号処理を
行って係数値を決定する。すなわち、１つのＦＩＲ型デ
ジタルフィルタＡiの係数ａ0，ａ1，ａ2について以下に
示す係数更新式の演算を行って係数ａ0，ａ1，ａ2を決
定する。

【００２１】

【数３】

【００２２】（１）式において、(n)は現サンプリング
時刻の値、(n-1)は１サンプリング時刻前の値、(n-2)は
サンプリング時刻前の値、(n+1)は現時刻から次サンプ
リング時刻までの値を意味している。従って、Ｒi(n-2)
は２サンプリング時刻前の参照信号に応じたフィルタ出
力であり、Ｒi(n)は現サンプリング時刻の参照信号に応
じたフィルタ出力である。又、μは適応フィルタの係数
を更新するステップを決める１以下の定数（ステップサ
イズパラメータ）であり、不要音キャンセル装置に応じ
て適当な値に設定される。尚、ステップサイズパラメー
タμの値は大きい程適応フィルタの係数が最適値に近づ
く速度が早くなり追従性が良くなるが、近づいてからオ
ーバーシュートが発生して安定性が低下する。又、ステ
ップサイズパラメータμの値は小さい程最適係数値に近
づく速度が遅くなり追従性が悪くなるが、最適値に近づ
いてからのオーバーシュートが小さく安定性が良好とな
る。ｅnはＬ個の観測点における不要音とキャンセル音
の合成信号であり、Ｒij、ｅnはそれぞれ以下のように
表現される。Ｒi＝（ｒ1in ｒ2in・・・ｒLin）Ｒi(n)＝（Ｃ1i，Ｃ2i，Ｃ3i・・・、ＣLi）Ｘn(n) Ｒi(n-1)＝（Ｃ1i，Ｃ2i，Ｃ3i・・・、ＣLi）Ｘn(n-1) Ｒi(n-2)＝（Ｃ1i，Ｃ2i，Ｃ3i・・・、ＣLi）Ｘn(N-2)

【００２３】

【数４】

【００２４】かかる不要音キャンセル装置によれば、適
応信号処理部３１はフィルタ３１ｂの出力であるフィル
タードＸ信号ｒ11n〜ｒLMnと、各観測点における不要音
とキャンセル音との合成信号（エラー信号）ｅ1n〜ｅLn
とに基づいて適応信号処理を実行して適応フィルタ３１
ａを構成する各ＦＩＲ型デジタルフィルタＡ1n〜ＡMnの
係数を決定し、適応フィルタ３１ａは参照信号Ｘnを入
力されて不要音キャンセル信号ｙa1n〜ｙaMnを発生して
キャンセルスピーカＳＰ1〜ＳＰM（図７）に入力し、各
キャンセルスピーカはキャンセル音を発生して各観測点
の不要音をキャンセルするように作用する。

【００２５】図１０は不要音キャンセルスピーカ数Ｍ＝
２，観測点数（マイク数）Ｌ＝２の場合の具体的な不要
音キャンセル装置の構成図であり、例えば、自動車の後
ろの２つの座席における不要音をキャンセルするために
用いられるものである。１３ａは２つのＦＩＲ型デジタ
ルフィルタＡ1n，Ａ2nで構成された適応フィルタ、１３
ｂは二次音伝搬系の伝達関数マトリクス（Ｃ）の各伝搬
要素Ｃ11，Ｃ21，Ｃ12，Ｃ22をデジタルフィルタで構成
したフィルタードＸ信号作成用フィルタ、１３c-1，１
３c-2は適応信号処理部（ＭＥＦＸＬＭＳアルゴリ
ズム）、１５Ｌ，１５Ｒはリアの各ドアに設けたスピー
カ、１４Ｌ，１４Ｒは各観測点（搭乗者の耳元近傍）に
設置されたマイクである。各適応信号処理部、適応フィ
ルタ、フィルタードＸ信号作成用フィルタの演算はＤＳ
Ｐ（デジタル・シグナル・プロセッサ）により実行され
る。以上、本考案を実施例により説明したが、本考案は
請求の範囲に記載した本考案の主旨に従い種々の変形が
可能であり、本考案はこれらを排除するものではない。

【００２６】

【考案の効果】以上本考案によれば、音楽再生装置にお
いて、キャンセル音を出力するキャンセル音発生源と、
不要音キャンセル点における不要音とキャンセル音との
合成信号を検出するセンサと、該センサによって検出さ
れた不要音キャンセル点における合成信号と前記音楽再
生装置から再生される音楽信号を参照信号として入力
し、該参照信号を用いて不要音キャンセル点における不
要音をキャンセルするように適応信号処理を行い、キャ
ンセル音発生源に不要音キャンセル信号を入力する不要
音キャンセルコントローラを備えから、不要な音楽信号
をキャンセルすることができ、複数の聴取者がいる場合
に一人の聴取者の耳元で自然な音場となっても、他の聴
取者に不要な音楽信号を与えない事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の車室内音楽再生装置の実施例構成図で
ある。

【図２】本考案の不要音キャンセル装置の構成図であ
る。

【図３】不要音キャンセル動作説明用波形図面である。

【図４】不要音キャンセルスピーカ、観測点が複数存在
する場合の不要音キャンセル装置の構成図である。

【図５】一次仮想伝搬系の説明図である。

【図６】伝達関数マトリクスの各要素を実現するデジタ
ルフィルタの構成図である。

【図７】二次音伝搬系の説明図である。

【図８】フィルタードＸ信号作成用フィルタの構成図で
ある。

【図９】適応フィルタの構成図である。

【図１０】不要音キャンセルスピーカ、マイクが２個存
在する場合の不要音キャンセル装置の構成図である。

【図１１】従来の車室内音楽再生装置の構成図である。

【符号の説明】

１１・・音楽信号再生源１２ＦＬ，１２ＦＲ，１２ＲＬ，１２ＲＲ・・音楽信号
用スピーカ１３・・不要音キャンセルコントローラ１４Ｌ，１４Ｒ・・エラーマイク１５Ｌ，１５Ｒ・・不要音キャンセル用スピーカ１６Ｆ，１６Ｒ・・聴取者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04R 3/00 310 G10K 11/178

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】音楽再生源で再生された音楽信号をスピ
ーカより出力する音楽再生装置において、該スピーカよ
り出力される不要音をキャンセルするために、キャンセ
ル音を出力するキャンセル音発生源と、不要音キャンセ
ル点における不要音とキャンセル音との合成信号を検出
するセンサと、該センサによって検出された合成信号と
前記音楽再生源から再生される音楽信号を各々入力し、
所定のフィルタを通した該音楽信号を参照信号として、
該合成信号をエラー信号として各々用いて前記不要音キ
ャンセル点における不要音をキャンセルするように適応
信号処理を行い、前記キャンセル音発生源に不要音キャ
ンセル信号を入力する不要音キャンセルコントローラを
備えたことを特徴とする音楽再生装置。