JP3581775B2 - オーディオ音伝達系の同定方式およびオーディオ用フィルタの特性設定方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内を理想的な音響空間とすることができる等化システムに必要なオーディオ音伝達系の同定方式およびオーディオ用フィルタの特性設定方式に関する。なお、本明細書においては、大文字のＣ、Ｈ、Ｗ、Ｘ、Ｕはベクトル量を、小文字のｗ、ｘ、ｕはスカラー量をそれぞれ表すものとする。
【０００２】
【従来の技術】
車室内に設置されたスピーカからの放射音が実際にオーディオ音を聴取する位置に到達するまでの伝搬特性は一般には極めて複雑であり、このことがオーディオシステムの再生音を悪化させる大きな要因の一つとなっている。このような不都合を回避するために、デジタルフィルタを用いて音場を制御するオーディオシステムが提案されている。
【０００３】
図７に示すオーディオシステムは、ラジオチューナやＣＤプレーヤ等からなるオーディオソース１００と、オーディオソース１００から出力されるオーディオ信号の周波数特性を制御する制御用フィルタ１０２と、制御用フィルタ１０２から出力される制御後のオーディオ音声を車室内に放射するスピーカ１０４とを含んで構成されている。また、図７に示す目標応答設定部１０６は、目標応答特性（インパルスレスポンス）Ｈが設定されており、オーディオソース１００から出力されるオーディオ信号が入力されて、これに対応する目標応答信号を出力する。また、演算部１０８によって、車室内音響空間の聴取位置（観測点）に設定されたマイクロホン１１０から出力される音楽信号と目標応答設定部１０６から出力される目標応答信号との誤差（差分）が計算される。したがって、演算部１０８によって計算される誤差が最小となるように制御用フィルタ１０２の特性を決定することができれば、理想的な音響空間が再現できたことになる。
【０００４】
ところで、上述したオーディオシステムに含まれる制御用フィルタ１０２を設計する場合に、以下に示す２つのステップを経ることによってその特性が決定される。
【０００５】
〔ステップ１：オーディオ音伝達系の適応同定〕
まず、図８に示すシステムを構成し、車室内音響系Ｃと同等の特性を有する適応フィルタ１１２の特性を決定することにより、オーディオ音伝達系の同定を行う。ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ）型の適応フィルタ１１２の特性を決定する適応アルゴリズムとしては、一般にはＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズムが用いられる。ＬＭＳアルゴリズムによると、適応フィルタ１１２の各タップ係数ベクトルＷは、
Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋μ１ Ｘ（ｎ）ε（ｎ） …（１）
に基づいて各サンプリング時間毎に更新され、この更新処理はε（ｎ）が所定値より小さくなるまで繰り返される。ここで、Ｗ（ｎ）は時刻ｎにおけるタップ係数ベクトルを、Ｘ（ｎ）は図８に示すシステムに入力される参照信号の信号ベクトルを表し、
Ｗ（ｎ）＝〔ｗ（ｎ，０），ｗ（ｎ，１），…， ｗ（ｎ，Ｌ−１） 〕
Ｘ（ｎ）＝〔ｘ（ｎ），ｘ（ｎ−１），…， ｘ（ｎ−ｌ＋１）〕
である。
【０００６】
また、μ１ はステップサイズパラメータを、ε（ｎ）はマイクロホンから出力される検出信号ｄ′（ｎ）と適応フィルタ１１２の出力との差である誤差信号をそれぞれ示している。
【０００７】
〔ステップ２：制御用フィルタの適応設計〕
次に、上述したステップ１により求めたオーディオ音伝達系の特性を用いて図９に示すシステムを構成し、ＦＩＲ型の適応フィルタ１１４の特性を決定することにより、図７に示す制御用フィルタ１０２の設計を行う。なお、図９に示すフィルタ１１６は、上述したステップ１で決定された適応フィルタ１１２の各タップ係数を固定化したものであり、車室内音響系に対応した特性に設定されている。また、目標応答設定部１０６は、図７に示したオーディオシステムに用いられたものと同じであり、理想とする所望の目標応答特性が設定されている。
【０００８】
適応フィルタ１１４の特性を決定する適応アルゴリズムとしては、一般にはフィルタードｘ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ）ＬＭＳアルゴリズムが用いられる。このフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムによると、適応フィルタ１１４の各タップ係数ベクトルＷは、
Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋μ２ Ｕ（ｎ）ｅ（ｎ） …（２）
に基づいて各サンプリング時間毎に更新され、この更新処理はｅ（ｎ）が所定値よりも小さくなるまで繰り返される。ここで、Ｗ（ｎ）は時刻ｎにおけるタップ係数ベクトルを、μ２ はステップサイズパラメータを、Ｕ（ｎ）はフィルタ１１６から出力される時刻ｎにおける参照信号ベクトルを意味し、
Ｕ（ｎ）＝〔ｕ（ｎ），ｕ（ｎ−１），…， ｕ（ｎ−Ｌ＋１） 〕
と表される。また、ｅ（ｎ）はマイクロホンから出力される検出信号ｄ′（ｎ）と目標応答設定部１０６から出力される目標応答信号ｄ（ｎ）との差である誤差信号をそれぞれ示している。
【０００９】
上述した２つのステップを経て決定された適応フィルタ１１４の各タップ係数を固定化することにより、図７に示した制御用フィルタ１０２の設計が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、適応フィルタ１１２、１１４を含む図８あるいは図９のシステムを構成し、それぞれのタップ係数を所定のアルゴリズムを用いて設定することにより、制御用フィルタ１０２の設計を行うことができるが、このようにして設計を行う前提として上述した適応フィルタ１１２、１１４を常に安定に動作させる必要がある。
【００１１】
図８に示すシステムにおいて、適応フィルタ１１２が安定に動作するためには、（１）式に含まれるステップサイズパラメータμ１ が、
０＜μ１ ＜（２／（ＬＥ［ｘ（ｎ）２ ］）） …（３）
で示される安定条件を満たす必要がある。ここで、Ｌは適応フィルタ１１２のタップ数であり、Ｅ［ ］は期待値演算子を、ｘ（ｎ）は時刻ｎにおける参照信号の瞬時値を示している。
【００１２】
同様に、図９に示すシステムにおいて、適応フィルタ１１４が安定に動作するためには、（２）式に含まれるステップサイズパラメータμ２ が、
０＜μ２ ＜（２／ＬＥ［ｕ（ｎ）２ ］） …（４）
で示される安定条件を満たす必要がある。ここで、Ｌは適応フィルタ１１４のタップ数、ｕ（ｎ）は時刻ｎにおける参照信号の瞬時値である。
【００１３】
図７に示した一般的なオーディオシステムでは、制御用フィルタ１０２の動作が不安定になることは許されないため、この制御用フィルタ１０２を設計するために用いられる各適応フィルタ１１２、１１４も安定に動作させなければならず、ステップサイズパラメータμ１ 、μ２ を設定する際に（３）式あるいは（４）式を満たす必要がある。しかし、これらの式には期待値演算子を用いて計算されるＥ［ｘ（ｎ）２ ］、Ｅ［ｕ（ｎ）２ ］が含まれているため、常に安定条件を満たすようにステップサイズパラメータμ１ 、μ２ を設定するためには、参照信号ｘ（ｎ）あるいはｕ（ｎ）のパワーを逐次計測し、その計測結果に基づいて各ステップサイズパラメータμ１ 、μ２ の値を設定する必要がある。ところが、このような参照信号ｘ（ｎ）、ｕ（ｎ）のパワーを計測するために必要な構成を追加しようとすると、図８あるいは図９に示したシステムの構成が複雑になり、製品コストが上昇してしまうという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、構成を複雑化することなく、適応フィルタの安定動作を確保することができるオーディオ音伝達系の同定方式およびオーディオ用フィルタの特性設定方式を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のオーディオ音伝達系の同定方式は、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ音伝達系の同定を行う場合に、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いている。このＬＭＳアルゴリズムにおいて、適応フィルタが安定に動作するための条件として、そのステップサイズμ１が、０＜μ１＜（２／（ＬＥ［ｘ（ｎ）２］））を満たす必要があることが一般に知られている。ここで、Ｌは適応フィルタのタップ係数、Ｅ［ ］は期待値演算子、ｘ（ｎ）は時刻ｎにおける適応フィルタの入力信号である。
【００１６】
ところが、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、この条件式は０＜μ１＜（２／Ｌ）と変形することができ、その上限値が一定となる。したがって、適応フィルタの入力信号の平均パワーを逐次計算して、その結果に基づいてステップサイズμ１を設定するといったことが不要になり、そのために必要となる構成を省くことができ、しかも一定の安定条件を満たす範囲で設定されたステップサイズμ１を用いることにより適応フィルタを安定に動作させることができる。
【００１７】
また、本発明のオーディオ用フィルタの特性設定方式は、適応フィルタのタップ係数をフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ用フィルタの特性を設定する場合に、適応フィルタの入力として白色ノイズ信号を用いている。このフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムにおいて、適応フィルタが安定に動作するための条件として、そのステップサイズμ２が、０＜μ２＜（２／（ＬＥ［ｕ（ｎ）２ ］））を満たす必要があることが一般に知られている。ここで、Ｌは適応フィルタのタップ係数、Ｅ［ ］は期待値演算子、ｕ（ｎ）は時刻ｎにおいてフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いられる参照信号である。
【００１８】
ところが、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、この条件式は０＜μ２＜（２／（ＬＣｔ Ｃ）））（Ｃはオーディオ音響空間のインパルス応答を示す特性ベクトル）と変形することができ、その上限値が一定となる。したがって、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いられる参照信号の平均パワーを逐次計算して、その結果に基づいてステップサイズμ２を設定するといったことが不要になり、そのために必要となる構成を省くことができ、しかも一定の安定条件を満たす範囲で設定されたステップサイズμ２を用いることにより適応フィルタを安定に動作させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した車載用オーディオシステムでは、これに含まれる制御用フィルタの特性を適応フィルタを用いて設計する際に、入力信号としてパワーが１の白色ノイズ（ホワイトノイズ）信号を用いることに特徴がある。以下、オーディオシステムに含まれる制御用フィルタの特性を決定する一実施形態の設計システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態において設計対象となる制御用フィルタを含むオーディオシステムとしては図７に示した構成が適用される。また、同図に示す制御用フィルタ１０２は、タップ係数の値が固定されたＦＩＲ型のデジタルフィルタであって、そのタップ係数がＬＭＳアルゴリズムを用いたステップ１とフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いたステップ２の手順を経て決定される。
【００２１】
図１は、ＦＩＲ型の制御用フィルタ１０２の構成を示す図である。同図に示すように、制御用フィルタ１０２は、タップ数Ｌのフィルタであり、入力信号を順次１サンプリング時間遅延する（Ｌ−１）個の遅延素子ＤＬ１ 〜ＤＬＬ−１ と、各遅延出力に各タップ係数ｗ０ 〜ｗＬ−１ を乗算するＬ個の乗算部ＭＬ０ 〜ＭＬＬ−１ と、各乗算出力を順次加算する加算部ＡＤ０ 〜ＡＤＬ−１ とを備えている。本実施形態では、Ｌ個の乗算部ＭＬ０ 〜ＭＬＬ−１ の各タップ係数ｗ０ 〜ｗＬ−１ を以下に示すステップ１とステップ２の手順にしたがって決定することにより、制御用フィルタ１０２の設計が行われる。
【００２２】
次に、上述した制御用フィルタ１０２の設計方法について説明する。基本的には従来から行われているように、オーディオ音伝達系の適応同定を行うステップ１の工程と、ステップ１の結果を用いて制御用フィルタの適応設計を行うステップ２の工程とに分けることができる。以下、各ステップ毎に詳細を説明する。
【００２３】
〔ステップ１：オーディオ音伝達系の適応同定〕
図２は、オーディオ音伝達系の適応同定を行う設計システムの構成を示す図である。同図に示す設計システムは、スピーカ１０４およびマイクロホン１１０と、パワーが１の白色ノイズ信号を発生する白色ノイズ発生部１０と、白色ノイズ発生部１０で発生する白色ノイズ信号が入力されるＦＩＲ型の適応フィルタ１２と、適応アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを用いることにより適応フィルタ１２の各タップ係数の値を更新するＬＭＳアルゴリズム処理部１４と、マイクロホン１１０から出力される検出信号と適応フィルタ１２の出力との差分を計算して誤差信号εとして出力する演算部１６とを含んで構成されている。上述したＬＭＳアルゴリズム処理部１４が第１のアルゴリズム処理部に対応する。
【００２４】
スピーカ１０４およびマイクロホン１１０は、適応同定を行うオーディオ音伝達系に対応したものを用いる必要がある。したがって、図７に示すオーディオシステムに用いられる制御用フィルタ１０２の設計を行う場合には、このオーディオシステムに含まれるスピーカ１０４およびマイクロホン１１０を用い、しかもそのままの設置状態を維持する必要がある。
【００２５】
適応フィルタ１２の時刻ｎにおける各タップ係数ベクトルをＷ（ｎ）、白色ノイズ発生部１０から適応フィルタ１２に入力される時刻ｎにおける白色ノイズ信号ベクトルをＸ（ｎ）、演算部１６から出力される時刻ｎにおける誤差信号をε（ｎ）、ステップサイズパラメータをμ１ とすると、時刻（ｎ＋１）における適応フィルタ１２のタップ係数ベクトルＷ（ｎ＋１）の値は前述した（１）式によって計算することができる。
【００２６】
ところで、適応フィルタ１２が安定に動作するためには、ステップサイズパラメータμ１ の値が上述した（３）式の範囲内にある必要がある。図２に示す本実施形態の設計システムでは、白色ノイズ発生部１０によって発生されるパワー１の白色ノイズ信号を、適応フィルタ１２に入力する参照信号として用いているため、上述した（３）式に含まれるＥ［ｘ（ｎ）２ ］は１となる。したがって、（３）式は簡略化されて、
０＜μ１ ＜（２／Ｌ） …（５）
となる。この（５）式において、ステップサイズパラメータμ１ の上限値である（２／Ｌ）は、適応フィルタ１２のタップ数Ｌに応じて定まる固定的な値である。
【００２７】
このように、（５）式を満たすようにステップサイズパラメータμ１ の値を一度設定すれば、適応フィルタ１２を常に安定に動作させながら、そのタップ係数ｗを設定することができる。したがって、適応フィルタ１２が安定状態にあるか否かを調べるために、ＬＭＳアルゴリズム処理部１４に入力される参照信号のパワーを逐次計測するための構成が不要となり、このような構成を付加しなければならない場合に生じるコストの上昇を抑えることができる。また、ＬＭＳアルゴリズム処理部１４に入力される参照信号のパワーを逐次計算する場合に比べると、図２に示す設計システム全体の処理の負担を軽減することができる。
【００２８】
〔ステップ２：制御用フィルタの適応設計〕
次に、上述したステップ１により求めたオーディオ音伝達系の特性を用いて、図７に示す制御用フィルタ１０２の設計を行う。なお、この制御用フィルタ１０２が本発明で特性を設定するオーディオ用フィルタに対応する。
【００２９】
図３は、制御用フィルタの適応設計を行う設計システムの構成を示す図である。同図に示す設計システムは、図７に示すオーディオ装置に含まれるスピーカ１０４、マイクロホン１１０および目標応答設定部１０６と、パワーが１の白色ノイズ信号を発生する白色ノイズ発生部１０と、白色ノイズ発生部１０で発生した白色ノイズ信号が入力されるＦＩＲ型の適応フィルタ２０と、適応アルゴリズムとしてフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いることにより適応フィルタ２０の各タップ係数の値を更新するフィルタ２４およびＬＭＳアルゴリズム処理部２２と、マイクロホン１１０から出力される検出信号と目標応答設定部１０６から出力される目標応答信号との差分を計算して誤差信号ｅとして出力する演算部２６とを含んで構成されている。上述したフィルタ２４およびＬＭＳアルゴリズム処理部２２が第２のアルゴリズム処理部に対応する。
【００３０】
フィルタ２４は、ＦＩＲ型のデジタルフィルタであって、各タップ係数は、図２に示した設計システムにおいて誤差信号εが所定値以下になるまで（１）式の計算を繰り返して得られた適応フィルタ１２の各タップ係数を固定した値が設定されており、白色ノイズ発生部１０で発生した白色ノイズ信号が入力され、これに対応した値を参照信号ｕとしてＬＭＳアルゴリズム処理部２２に向けて出力する。
【００３１】
適応フィルタ２０の時刻ｎにおける各タップ係数をｗ（ｎ）、フィルタ２４からＬＭＳアルゴリズム処理部２２に入力される時刻ｎにおける参照信号をｕ（ｎ）、演算部２６から出力される時刻ｎにおける誤差信号をｅ（ｎ）、ステップサイズパラメータをμ２ とすると、時刻（ｎ＋１）における適応フィルタ２０のタップ係数ｗ（ｎ＋１）の値は、前述した（２）式によって計算することができる。
【００３２】
ところで、適応フィルタ２０が安定に動作するためには、ステップサイズパラメータμ２ の値が上述した（４）式の範囲内にある必要がある。図３に示す本実施形態の設計システムでは、白色ノイズ発生部１０によって発生されるパワー１の白色ノイズ信号をフィルタ２４に入力しており、このような条件の下で、（４）式に含まれるＥ［ｕ（ｎ）２ ］を変形すると、
となる。ここで、Ｘ（ｎ）は白色ノイズ発生部１０によって発生されるパワー１の白色ノイズ信号を要素とするベクトルを、Ｃは上述したステップ１において求めたオーディオ音伝達系（オーディオ音響空間）のインパルス応答を示す特性ベクトルを、「ｔ 」は転置ベクトルをそれぞれ示している。また、それぞれ（Ｘ（ｎ）、Ｃ）は適応フィルタ２０のタップ数Ｌに対応した成分を有する列ベクトルあるいは行ベクトルで表されている。
【００３３】
Ｘ（ｎ）はパワー１の白色ノイズ信号ベクトルであるため、Ｅ［Ｘ（ｎ）Ｘ（ｎ）ｔ ］は単位行列Ｉとなる。したがって、上述した（６）式は、
と変形することができる。また、（７）式を（４）式に代入すると、
０＜μ２ ＜（２／（ＬＣｔ Ｃ）） …（８）
となる。この（８）式において、Ｃｔ Ｃは既知であり、ステップ２の設計動作を開始する前に１度計算しておけばよい。したがって、ステップサイズパラメータμ２ の上限値である（２／（ＬＣｔ Ｃ））は、適応フィルタ２０のタップ数Ｌ等に応じて定まる固定的な値である。
【００３４】
このように、（８）式を満たすようにステップサイズパラメータμ２ の値を一度設定すれば、適応フィルタ２０を常に安定に動作させることができる。したがって、適応フィルタ２０が安定状態にあるか否かを調べるために、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムの処理に必要な参照信号（ＬＭＳアルゴリズム処理部２２に入力される参照信号）のパワーを逐次計測するための構成が不要となり、このような構成を付加しなければならない場合に生じるコストの上昇を抑えることができる。また、ＬＭＳアルゴリズム処理部２２に入力される参照信号ｕ（ｎ）のパワーを逐次計算する場合に比べると、図３に示す設計システム全体の処理の負担を軽減することができる。
【００３５】
上述したように、本実施形態では、オーディオシステムに用いられている制御用フィルタ１０２の各タップ係数を設定するために必要な２つのステップ（オーディオ音伝達系の適応同定についてのステップ１と制御用フィルタの適応設計についてのステップ２）において、それぞれの設計システムの入力信号として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、それぞれの適応処理において各適応フィルタ１２、２０が安定に動作するために必要なステップサイズパラメータμ１ 、μ２ の設定範囲を、変動のない固定的な範囲とすることができる。したがって、従来のように、適応フィルタ１２、２０を安定に動作させるために必要なステップサイズパラメータμ１ 、μ２ の範囲を決めるために、参照信号のパワーを逐次計測する必要がなく、各設計システムの構成を複雑化させることなく、適応フィルタ１２、２０の安定動作を確保することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、入力されるオーディオ信号の全周波数成分に対して等化処理を行うために必要な制御用フィルタを設計する場合を説明したが、特定の周波数（例えば２００Ｈｚ以下の低音）に対して等化処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
図４は、低音のみに対して適応処理を行うオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示すオーディオシステムは、図７に示すオーディオシステムに対して、▲１▼入力側に低音域を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２０を挿入し、その出力を目標応答設定部１０６と制御用フィルタ１０２に入力している点と、▲２▼全可聴帯域のオーディオ信号が入力されて、これを車室内空間に放射する第２のスピーカ１２４を設けた点と、▲３▼第２のスピーカ１２４の前段にオーディオ信号を遅延させる遅延器１２２を挿入した点とが異なっている。上述した構成を有するオーディオシステムによって、オーディオ信号の低音域のみを対象に等化処理を行うことにより、必要な計算量を減らすことができる。
【００３８】
図４に示すオーディオシステムに含まれる制御用フィルタ１０２のタップ係数を設定する場合にも、基本的には上述した実施形態において示した２つのステップを用いることができる。
【００３９】
すなわち、まずステップ１のオーディオ音伝達系の適応同定を行うために、図５に示す設計システム（図２の設計システムの構成にローパスフィルタ１２０を追加したもの）を用いて、適応フィルタ１２のタップ係数を決定する。このとき、適応フィルタ１２を安定に動作させるために、ＬＭＳアルゴリズムで用いるステップサイズパラメータμ１ の値を、上述した（５）式を満たす範囲で設定する。
【００４０】
次に、ステップ２の制御用フィルタの適応設計を行うために、図６に示す設計システム（図３の設計システムの構成にローパスフィルタ１２０、遅延器１２２、スピーカ１２４を追加したもの）を用いて、適応フィルタ２０のタップ係数を決定する。このとき、適応フィルタ２０を安定に動作させるために、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いるステップサイズパラメータμ２ の値を、上述した（８）式を満たす範囲で設定する。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ音伝達系の同定を行う場合に、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、適応フィルタを安定に動作させるために必要なＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ１の設定範囲がある一定範囲に固定されるため、このステップサイズμ１を設定するために必要な複雑な構成を簡略化することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、適応フィルタのタップ係数をフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ用フィルタの特性を設定する場合に、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、適応フィルタを安定に動作させるために必要なフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ２の設定範囲がある一定範囲に固定されるため、このステップサイズμ２を設定するために必要な複雑な構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＩＲ型の制御用フィルタの構成を示す図である。
【図２】オーディオ音伝達系の適応同定に必要な本実施形態の設計システムの構成を示す図である。
【図３】制御用フィルタの適応設計に必要な本実施形態の設計システムの構成を示す図である。
【図４】低音域に対して等化処理を行うオーディオ装置の構成を示す図である。
【図５】オーディオ音伝達系の適応同定に必要な設計システムの変形例を示す図である。
【図６】制御用フィルタの適応設計に必要な設計システムの変形例を示す図である。
【図７】適応フィルタを含む一般的なオーディオ装置の構成を示す図である。
【図８】オーディオ音伝達系の適応同定に必要な従来の設計システムの構成を示す図である。
【図９】制御用フィルタの適応設計に必要な従来の設計システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 白色ノイズ発生部
１２、２０ 適応フィルタ
１４、２２ ＬＭＳアルゴリズム処理部
１６、２６、１０８ 演算部
１０２ 制御用フィルタ
１０４ スピーカ
１０６ 目標応答設定部
１１０ マイクロホン
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内を理想的な音響空間とすることができる等化システムに必要なオーディオ音伝達系の同定方式およびオーディオ用フィルタの特性設定方式に関する。なお、本明細書においては、大文字のＣ、Ｈ、Ｗ、Ｘ、Ｕはベクトル量を、小文字のｗ、ｘ、ｕはスカラー量をそれぞれ表すものとする。
【０００２】
【従来の技術】
車室内に設置されたスピーカからの放射音が実際にオーディオ音を聴取する位置に到達するまでの伝搬特性は一般には極めて複雑であり、このことがオーディオシステムの再生音を悪化させる大きな要因の一つとなっている。このような不都合を回避するために、デジタルフィルタを用いて音場を制御するオーディオシステムが提案されている。
【０００３】
図７に示すオーディオシステムは、ラジオチューナやＣＤプレーヤ等からなるオーディオソース１００と、オーディオソース１００から出力されるオーディオ信号の周波数特性を制御する制御用フィルタ１０２と、制御用フィルタ１０２から出力される制御後のオーディオ音声を車室内に放射するスピーカ１０４とを含んで構成されている。また、図７に示す目標応答設定部１０６は、目標応答特性（インパルスレスポンス）Ｈが設定されており、オーディオソース１００から出力されるオーディオ信号が入力されて、これに対応する目標応答信号を出力する。また、演算部１０８によって、車室内音響空間の聴取位置（観測点）に設定されたマイクロホン１１０から出力される音楽信号と目標応答設定部１０６から出力される目標応答信号との誤差（差分）が計算される。したがって、演算部１０８によって計算される誤差が最小となるように制御用フィルタ１０２の特性を決定することができれば、理想的な音響空間が再現できたことになる。
【０００４】
ところで、上述したオーディオシステムに含まれる制御用フィルタ１０２を設計する場合に、以下に示す２つのステップを経ることによってその特性が決定される。
【０００５】
〔ステップ１：オーディオ音伝達系の適応同定〕
まず、図８に示すシステムを構成し、車室内音響系Ｃと同等の特性を有する適応フィルタ１１２の特性を決定することにより、オーディオ音伝達系の同定を行う。ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ）型の適応フィルタ１１２の特性を決定する適応アルゴリズムとしては、一般にはＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズムが用いられる。ＬＭＳアルゴリズムによると、適応フィルタ１１２の各タップ係数ベクトルＷは、
Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋μ１ Ｘ（ｎ）ε（ｎ） …（１）
に基づいて各サンプリング時間毎に更新され、この更新処理はε（ｎ）が所定値より小さくなるまで繰り返される。ここで、Ｗ（ｎ）は時刻ｎにおけるタップ係数ベクトルを、Ｘ（ｎ）は図８に示すシステムに入力される参照信号の信号ベクトルを表し、
Ｗ（ｎ）＝〔ｗ（ｎ，０），ｗ（ｎ，１），…， ｗ（ｎ，Ｌ−１） 〕
Ｘ（ｎ）＝〔ｘ（ｎ），ｘ（ｎ−１），…， ｘ（ｎ−ｌ＋１）〕
である。
【０００６】
また、μ１ はステップサイズパラメータを、ε（ｎ）はマイクロホンから出力される検出信号ｄ′（ｎ）と適応フィルタ１１２の出力との差である誤差信号をそれぞれ示している。
【０００７】
〔ステップ２：制御用フィルタの適応設計〕
次に、上述したステップ１により求めたオーディオ音伝達系の特性を用いて図９に示すシステムを構成し、ＦＩＲ型の適応フィルタ１１４の特性を決定することにより、図７に示す制御用フィルタ１０２の設計を行う。なお、図９に示すフィルタ１１６は、上述したステップ１で決定された適応フィルタ１１２の各タップ係数を固定化したものであり、車室内音響系に対応した特性に設定されている。また、目標応答設定部１０６は、図７に示したオーディオシステムに用いられたものと同じであり、理想とする所望の目標応答特性が設定されている。
【０００８】
適応フィルタ１１４の特性を決定する適応アルゴリズムとしては、一般にはフィルタードｘ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ）ＬＭＳアルゴリズムが用いられる。このフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムによると、適応フィルタ１１４の各タップ係数ベクトルＷは、
Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋μ２ Ｕ（ｎ）ｅ（ｎ） …（２）
に基づいて各サンプリング時間毎に更新され、この更新処理はｅ（ｎ）が所定値よりも小さくなるまで繰り返される。ここで、Ｗ（ｎ）は時刻ｎにおけるタップ係数ベクトルを、μ２ はステップサイズパラメータを、Ｕ（ｎ）はフィルタ１１６から出力される時刻ｎにおける参照信号ベクトルを意味し、
Ｕ（ｎ）＝〔ｕ（ｎ），ｕ（ｎ−１），…， ｕ（ｎ−Ｌ＋１） 〕
と表される。また、ｅ（ｎ）はマイクロホンから出力される検出信号ｄ′（ｎ）と目標応答設定部１０６から出力される目標応答信号ｄ（ｎ）との差である誤差信号をそれぞれ示している。
【０００９】
上述した２つのステップを経て決定された適応フィルタ１１４の各タップ係数を固定化することにより、図７に示した制御用フィルタ１０２の設計が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、適応フィルタ１１２、１１４を含む図８あるいは図９のシステムを構成し、それぞれのタップ係数を所定のアルゴリズムを用いて設定することにより、制御用フィルタ１０２の設計を行うことができるが、このようにして設計を行う前提として上述した適応フィルタ１１２、１１４を常に安定に動作させる必要がある。
【００１１】
図８に示すシステムにおいて、適応フィルタ１１２が安定に動作するためには、（１）式に含まれるステップサイズパラメータμ１ が、
０＜μ１ ＜（２／（ＬＥ［ｘ（ｎ）２ ］）） …（３）
で示される安定条件を満たす必要がある。ここで、Ｌは適応フィルタ１１２のタップ数であり、Ｅ［ ］は期待値演算子を、ｘ（ｎ）は時刻ｎにおける参照信号の瞬時値を示している。
【００１２】
同様に、図９に示すシステムにおいて、適応フィルタ１１４が安定に動作するためには、（２）式に含まれるステップサイズパラメータμ２ が、
０＜μ２ ＜（２／ＬＥ［ｕ（ｎ）２ ］） …（４）
で示される安定条件を満たす必要がある。ここで、Ｌは適応フィルタ１１４のタップ数、ｕ（ｎ）は時刻ｎにおける参照信号の瞬時値である。
【００１３】
図７に示した一般的なオーディオシステムでは、制御用フィルタ１０２の動作が不安定になることは許されないため、この制御用フィルタ１０２を設計するために用いられる各適応フィルタ１１２、１１４も安定に動作させなければならず、ステップサイズパラメータμ１ 、μ２ を設定する際に（３）式あるいは（４）式を満たす必要がある。しかし、これらの式には期待値演算子を用いて計算されるＥ［ｘ（ｎ）２ ］、Ｅ［ｕ（ｎ）２ ］が含まれているため、常に安定条件を満たすようにステップサイズパラメータμ１ 、μ２ を設定するためには、参照信号ｘ（ｎ）あるいはｕ（ｎ）のパワーを逐次計測し、その計測結果に基づいて各ステップサイズパラメータμ１ 、μ２ の値を設定する必要がある。ところが、このような参照信号ｘ（ｎ）、ｕ（ｎ）のパワーを計測するために必要な構成を追加しようとすると、図８あるいは図９に示したシステムの構成が複雑になり、製品コストが上昇してしまうという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、構成を複雑化することなく、適応フィルタの安定動作を確保することができるオーディオ音伝達系の同定方式およびオーディオ用フィルタの特性設定方式を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のオーディオ音伝達系の同定方式は、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ音伝達系の同定を行う場合に、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いている。このＬＭＳアルゴリズムにおいて、適応フィルタが安定に動作するための条件として、そのステップサイズμ１が、０＜μ１＜（２／（ＬＥ［ｘ（ｎ）２］））を満たす必要があることが一般に知られている。ここで、Ｌは適応フィルタのタップ係数、Ｅ［ ］は期待値演算子、ｘ（ｎ）は時刻ｎにおける適応フィルタの入力信号である。
【００１６】
ところが、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、この条件式は０＜μ１＜（２／Ｌ）と変形することができ、その上限値が一定となる。したがって、適応フィルタの入力信号の平均パワーを逐次計算して、その結果に基づいてステップサイズμ１を設定するといったことが不要になり、そのために必要となる構成を省くことができ、しかも一定の安定条件を満たす範囲で設定されたステップサイズμ１を用いることにより適応フィルタを安定に動作させることができる。
【００１７】
また、本発明のオーディオ用フィルタの特性設定方式は、適応フィルタのタップ係数をフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ用フィルタの特性を設定する場合に、適応フィルタの入力として白色ノイズ信号を用いている。このフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムにおいて、適応フィルタが安定に動作するための条件として、そのステップサイズμ２が、０＜μ２＜（２／（ＬＥ［ｕ（ｎ）２ ］））を満たす必要があることが一般に知られている。ここで、Ｌは適応フィルタのタップ係数、Ｅ［ ］は期待値演算子、ｕ（ｎ）は時刻ｎにおいてフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いられる参照信号である。
【００１８】
ところが、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、この条件式は０＜μ２＜（２／（ＬＣｔ Ｃ）））（Ｃはオーディオ音響空間のインパルス応答を示す特性ベクトル）と変形することができ、その上限値が一定となる。したがって、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いられる参照信号の平均パワーを逐次計算して、その結果に基づいてステップサイズμ２を設定するといったことが不要になり、そのために必要となる構成を省くことができ、しかも一定の安定条件を満たす範囲で設定されたステップサイズμ２を用いることにより適応フィルタを安定に動作させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した車載用オーディオシステムでは、これに含まれる制御用フィルタの特性を適応フィルタを用いて設計する際に、入力信号としてパワーが１の白色ノイズ（ホワイトノイズ）信号を用いることに特徴がある。以下、オーディオシステムに含まれる制御用フィルタの特性を決定する一実施形態の設計システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態において設計対象となる制御用フィルタを含むオーディオシステムとしては図７に示した構成が適用される。また、同図に示す制御用フィルタ１０２は、タップ係数の値が固定されたＦＩＲ型のデジタルフィルタであって、そのタップ係数がＬＭＳアルゴリズムを用いたステップ１とフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いたステップ２の手順を経て決定される。
【００２１】
図１は、ＦＩＲ型の制御用フィルタ１０２の構成を示す図である。同図に示すように、制御用フィルタ１０２は、タップ数Ｌのフィルタであり、入力信号を順次１サンプリング時間遅延する（Ｌ−１）個の遅延素子ＤＬ１ 〜ＤＬＬ−１ と、各遅延出力に各タップ係数ｗ０ 〜ｗＬ−１ を乗算するＬ個の乗算部ＭＬ０ 〜ＭＬＬ−１ と、各乗算出力を順次加算する加算部ＡＤ０ 〜ＡＤＬ−１ とを備えている。本実施形態では、Ｌ個の乗算部ＭＬ０ 〜ＭＬＬ−１ の各タップ係数ｗ０ 〜ｗＬ−１ を以下に示すステップ１とステップ２の手順にしたがって決定することにより、制御用フィルタ１０２の設計が行われる。
【００２２】
次に、上述した制御用フィルタ１０２の設計方法について説明する。基本的には従来から行われているように、オーディオ音伝達系の適応同定を行うステップ１の工程と、ステップ１の結果を用いて制御用フィルタの適応設計を行うステップ２の工程とに分けることができる。以下、各ステップ毎に詳細を説明する。
【００２３】
〔ステップ１：オーディオ音伝達系の適応同定〕
図２は、オーディオ音伝達系の適応同定を行う設計システムの構成を示す図である。同図に示す設計システムは、スピーカ１０４およびマイクロホン１１０と、パワーが１の白色ノイズ信号を発生する白色ノイズ発生部１０と、白色ノイズ発生部１０で発生する白色ノイズ信号が入力されるＦＩＲ型の適応フィルタ１２と、適応アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを用いることにより適応フィルタ１２の各タップ係数の値を更新するＬＭＳアルゴリズム処理部１４と、マイクロホン１１０から出力される検出信号と適応フィルタ１２の出力との差分を計算して誤差信号εとして出力する演算部１６とを含んで構成されている。上述したＬＭＳアルゴリズム処理部１４が第１のアルゴリズム処理部に対応する。
【００２４】
スピーカ１０４およびマイクロホン１１０は、適応同定を行うオーディオ音伝達系に対応したものを用いる必要がある。したがって、図７に示すオーディオシステムに用いられる制御用フィルタ１０２の設計を行う場合には、このオーディオシステムに含まれるスピーカ１０４およびマイクロホン１１０を用い、しかもそのままの設置状態を維持する必要がある。
【００２５】
適応フィルタ１２の時刻ｎにおける各タップ係数ベクトルをＷ（ｎ）、白色ノイズ発生部１０から適応フィルタ１２に入力される時刻ｎにおける白色ノイズ信号ベクトルをＸ（ｎ）、演算部１６から出力される時刻ｎにおける誤差信号をε（ｎ）、ステップサイズパラメータをμ１ とすると、時刻（ｎ＋１）における適応フィルタ１２のタップ係数ベクトルＷ（ｎ＋１）の値は前述した（１）式によって計算することができる。
【００２６】
ところで、適応フィルタ１２が安定に動作するためには、ステップサイズパラメータμ１ の値が上述した（３）式の範囲内にある必要がある。図２に示す本実施形態の設計システムでは、白色ノイズ発生部１０によって発生されるパワー１の白色ノイズ信号を、適応フィルタ１２に入力する参照信号として用いているため、上述した（３）式に含まれるＥ［ｘ（ｎ）２ ］は１となる。したがって、（３）式は簡略化されて、
０＜μ１ ＜（２／Ｌ） …（５）
となる。この（５）式において、ステップサイズパラメータμ１ の上限値である（２／Ｌ）は、適応フィルタ１２のタップ数Ｌに応じて定まる固定的な値である。
【００２７】
このように、（５）式を満たすようにステップサイズパラメータμ１ の値を一度設定すれば、適応フィルタ１２を常に安定に動作させながら、そのタップ係数ｗを設定することができる。したがって、適応フィルタ１２が安定状態にあるか否かを調べるために、ＬＭＳアルゴリズム処理部１４に入力される参照信号のパワーを逐次計測するための構成が不要となり、このような構成を付加しなければならない場合に生じるコストの上昇を抑えることができる。また、ＬＭＳアルゴリズム処理部１４に入力される参照信号のパワーを逐次計算する場合に比べると、図２に示す設計システム全体の処理の負担を軽減することができる。
【００２８】
〔ステップ２：制御用フィルタの適応設計〕
次に、上述したステップ１により求めたオーディオ音伝達系の特性を用いて、図７に示す制御用フィルタ１０２の設計を行う。なお、この制御用フィルタ１０２が本発明で特性を設定するオーディオ用フィルタに対応する。
【００２９】
図３は、制御用フィルタの適応設計を行う設計システムの構成を示す図である。同図に示す設計システムは、図７に示すオーディオ装置に含まれるスピーカ１０４、マイクロホン１１０および目標応答設定部１０６と、パワーが１の白色ノイズ信号を発生する白色ノイズ発生部１０と、白色ノイズ発生部１０で発生した白色ノイズ信号が入力されるＦＩＲ型の適応フィルタ２０と、適応アルゴリズムとしてフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いることにより適応フィルタ２０の各タップ係数の値を更新するフィルタ２４およびＬＭＳアルゴリズム処理部２２と、マイクロホン１１０から出力される検出信号と目標応答設定部１０６から出力される目標応答信号との差分を計算して誤差信号ｅとして出力する演算部２６とを含んで構成されている。上述したフィルタ２４およびＬＭＳアルゴリズム処理部２２が第２のアルゴリズム処理部に対応する。
【００３０】
フィルタ２４は、ＦＩＲ型のデジタルフィルタであって、各タップ係数は、図２に示した設計システムにおいて誤差信号εが所定値以下になるまで（１）式の計算を繰り返して得られた適応フィルタ１２の各タップ係数を固定した値が設定されており、白色ノイズ発生部１０で発生した白色ノイズ信号が入力され、これに対応した値を参照信号ｕとしてＬＭＳアルゴリズム処理部２２に向けて出力する。
【００３１】
適応フィルタ２０の時刻ｎにおける各タップ係数をｗ（ｎ）、フィルタ２４からＬＭＳアルゴリズム処理部２２に入力される時刻ｎにおける参照信号をｕ（ｎ）、演算部２６から出力される時刻ｎにおける誤差信号をｅ（ｎ）、ステップサイズパラメータをμ２ とすると、時刻（ｎ＋１）における適応フィルタ２０のタップ係数ｗ（ｎ＋１）の値は、前述した（２）式によって計算することができる。
【００３２】
ところで、適応フィルタ２０が安定に動作するためには、ステップサイズパラメータμ２ の値が上述した（４）式の範囲内にある必要がある。図３に示す本実施形態の設計システムでは、白色ノイズ発生部１０によって発生されるパワー１の白色ノイズ信号をフィルタ２４に入力しており、このような条件の下で、（４）式に含まれるＥ［ｕ（ｎ）２ ］を変形すると、
【００３３】
Ｘ（ｎ）はパワー１の白色ノイズ信号ベクトルであるため、Ｅ［Ｘ（ｎ）Ｘ（ｎ）ｔ ］は単位行列Ｉとなる。したがって、上述した（６）式は、
０＜μ２ ＜（２／（ＬＣｔ Ｃ）） …（８）
となる。この（８）式において、Ｃｔ Ｃは既知であり、ステップ２の設計動作を開始する前に１度計算しておけばよい。したがって、ステップサイズパラメータμ２ の上限値である（２／（ＬＣｔ Ｃ））は、適応フィルタ２０のタップ数Ｌ等に応じて定まる固定的な値である。
【００３４】
このように、（８）式を満たすようにステップサイズパラメータμ２ の値を一度設定すれば、適応フィルタ２０を常に安定に動作させることができる。したがって、適応フィルタ２０が安定状態にあるか否かを調べるために、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムの処理に必要な参照信号（ＬＭＳアルゴリズム処理部２２に入力される参照信号）のパワーを逐次計測するための構成が不要となり、このような構成を付加しなければならない場合に生じるコストの上昇を抑えることができる。また、ＬＭＳアルゴリズム処理部２２に入力される参照信号ｕ（ｎ）のパワーを逐次計算する場合に比べると、図３に示す設計システム全体の処理の負担を軽減することができる。
【００３５】
上述したように、本実施形態では、オーディオシステムに用いられている制御用フィルタ１０２の各タップ係数を設定するために必要な２つのステップ（オーディオ音伝達系の適応同定についてのステップ１と制御用フィルタの適応設計についてのステップ２）において、それぞれの設計システムの入力信号として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、それぞれの適応処理において各適応フィルタ１２、２０が安定に動作するために必要なステップサイズパラメータμ１ 、μ２ の設定範囲を、変動のない固定的な範囲とすることができる。したがって、従来のように、適応フィルタ１２、２０を安定に動作させるために必要なステップサイズパラメータμ１ 、μ２ の範囲を決めるために、参照信号のパワーを逐次計測する必要がなく、各設計システムの構成を複雑化させることなく、適応フィルタ１２、２０の安定動作を確保することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、入力されるオーディオ信号の全周波数成分に対して等化処理を行うために必要な制御用フィルタを設計する場合を説明したが、特定の周波数（例えば２００Ｈｚ以下の低音）に対して等化処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
図４は、低音のみに対して適応処理を行うオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示すオーディオシステムは、図７に示すオーディオシステムに対して、▲１▼入力側に低音域を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２０を挿入し、その出力を目標応答設定部１０６と制御用フィルタ１０２に入力している点と、▲２▼全可聴帯域のオーディオ信号が入力されて、これを車室内空間に放射する第２のスピーカ１２４を設けた点と、▲３▼第２のスピーカ１２４の前段にオーディオ信号を遅延させる遅延器１２２を挿入した点とが異なっている。上述した構成を有するオーディオシステムによって、オーディオ信号の低音域のみを対象に等化処理を行うことにより、必要な計算量を減らすことができる。
【００３８】
図４に示すオーディオシステムに含まれる制御用フィルタ１０２のタップ係数を設定する場合にも、基本的には上述した実施形態において示した２つのステップを用いることができる。
【００３９】
すなわち、まずステップ１のオーディオ音伝達系の適応同定を行うために、図５に示す設計システム（図２の設計システムの構成にローパスフィルタ１２０を追加したもの）を用いて、適応フィルタ１２のタップ係数を決定する。このとき、適応フィルタ１２を安定に動作させるために、ＬＭＳアルゴリズムで用いるステップサイズパラメータμ１ の値を、上述した（５）式を満たす範囲で設定する。
【００４０】
次に、ステップ２の制御用フィルタの適応設計を行うために、図６に示す設計システム（図３の設計システムの構成にローパスフィルタ１２０、遅延器１２２、スピーカ１２４を追加したもの）を用いて、適応フィルタ２０のタップ係数を決定する。このとき、適応フィルタ２０を安定に動作させるために、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いるステップサイズパラメータμ２ の値を、上述した（８）式を満たす範囲で設定する。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ音伝達系の同定を行う場合に、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、適応フィルタを安定に動作させるために必要なＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ１の設定範囲がある一定範囲に固定されるため、このステップサイズμ１を設定するために必要な複雑な構成を簡略化することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、適応フィルタのタップ係数をフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ用フィルタの特性を設定する場合に、適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることにより、適応フィルタを安定に動作させるために必要なフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ２の設定範囲がある一定範囲に固定されるため、このステップサイズμ２を設定するために必要な複雑な構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＩＲ型の制御用フィルタの構成を示す図である。
【図２】オーディオ音伝達系の適応同定に必要な本実施形態の設計システムの構成を示す図である。
【図３】制御用フィルタの適応設計に必要な本実施形態の設計システムの構成を示す図である。
【図４】低音域に対して等化処理を行うオーディオ装置の構成を示す図である。
【図５】オーディオ音伝達系の適応同定に必要な設計システムの変形例を示す図である。
【図６】制御用フィルタの適応設計に必要な設計システムの変形例を示す図である。
【図７】適応フィルタを含む一般的なオーディオ装置の構成を示す図である。
【図８】オーディオ音伝達系の適応同定に必要な従来の設計システムの構成を示す図である。
【図９】制御用フィルタの適応設計に必要な従来の設計システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 白色ノイズ発生部
１２、２０ 適応フィルタ
１４、２２ ＬＭＳアルゴリズム処理部
１６、２６、１０８ 演算部
１０２ 制御用フィルタ
１０４ スピーカ
１０６ 目標応答設定部
１１０ マイクロホン
Claims (4)
- 適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ音伝達系の同定を行う場合に、前記適応フィルタのタップ数をＬとしたときに、前記ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ１を、０＜μ１＜（２／Ｌ）の範囲で設定すると共に、前記適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることを特徴とするオーディオ音伝達系の同定方式。
- 平均パワーが１の白色ノイズ信号を発声する白色ノイズ発生部と、
前記白色ノイズ発生部から出力される白色ノイズ信号をオーディオ音響空間に放射するスピーカと、
前記オーディオ音響空間の所定位置に設定されており、前記スピーカから放射される音を集音するマイクロホンと、
前記白色ノイズ信号が入力された適応フィルタと、
前記マイクロホンの出力信号と前記適応フィルタの出力信号の差を計算して誤差信号を出力する演算部と、
前記白色ノイズ信号と前記誤差信号が入力されており、ＬＭＳアルゴリズムを用いることにより、前記適応フィルタのタップ係数を設定する第１のアルゴリズム処理部と、
を備え、前記適応フィルタのタップ数をＬとしたときに、前記ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ１を、０＜μ１＜（２／Ｌ）の範囲で設定し、前記適応フィルタの特性をオーディオ音伝達系の特性として同定を行うことを特徴とするオーディオ音伝達系の同定方式。 - 適応フィルタのタップ係数をフィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することによりオーディオ用フィルタの特性を設定する場合に、前記適応フィルタのタップ数をＬ、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いる前記オーディオ音響空間のインパルス応答を示すベクトルをＣ、その転置ベクトルをＣ ｔ としたときに、前記フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ２を、０＜μ２＜（２／（ＬＣ ｔ Ｃ））の範囲内で設定すると共に、前記適応フィルタの入力として平均パワーが１の白色ノイズ信号を用いることを特徴とするオーディオ用フィルタの特性設定方式。
- 平均パワーが１の白色ノイズ信号を発生する白色ノイズ発生部と、
前記白色ノイズ信号が入力される適応フィルタと、
前記適応フィルタの出力信号をオーディオ音響空間に放射するスピーカと、
前記オーディオ音響空間の所定位置に設定されており、前記スピーカから放射される音を集音するマイクロホンと、
所定の目標応答特性が設定されており、入力される前記白色ノイズ信号に対応する目標応答信号を出力する目標応答設定部と、
前記マイクロホンの出力信号と前記目標応答設定部から出力される目標応答信号との差を計算して誤差信号を出力する演算部と、
前記白色ノイズ信号と前記誤差信号が入力されており、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムを用いることにより、前記適応フィルタのタップ係数を設定する第２のアルゴリズム処理部と、
を備え、前記フィルタのタップ数をＬ、フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムで用いる前記オーディオ音響空間のインパルス応答を示す特性ベクトルをＣ、その転置ベクトルをＣ ｔ としたときに、前記フィルタードｘＬＭＳアルゴリズムのステップサイズμ２を、０＜μ２＜（２／（ＬＣ ｔ Ｃ））の範囲で設定し、前記適応フィルタの特性をオーディオ用フィルタの特性として設定することを特徴とするオーディオ用フィルタの特性設定方式。
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