JP4790843B2 - 能動消音装置および能動消音方法 - Google Patents

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Description

本発明は、能動消音制御（Ａｃｔｉｖｅ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＮＣ）技術を用いた能動消音装置、および能動消音方法ならびにその方法を実行するプログラムに関する。
この能動消音は、騒音に対して同一の振幅かつ逆位相の音波（制御音）を干渉させ、その干渉効果によって消音を行う技術であり、近年、例えば空調騒音、あるいは工場や自動車の室内等の騒音を制御するための消音装置として広く利用されている。
図８は従来技術の第１例を示す図である。本図において、参照番号１は能動消音装置を表し、図示するとおりセンサマイク２、ディジタルフィルタ３、ＬＭＳアルゴリズム部４、ＦＩＲフィルタ５、制御用のスピーカ６およびエラーマイク７から構成される。
この従来の第１例による能動消音装置１は、特定の方向からの騒音に対して高い消音性能を示す能動消音装置であり（例えば、後述の〔特許文献１〕参照）、本図に示すように、騒音の到来方向に設置されたセンサマイク２により、発生している騒音を表す信号（参照信号）を検出し、この参照信号から生成された制御音を、制御用のスピーカ６から出力する。
そして、消音したい消音域に設置されたエラーマイク７により、上記の制御音と騒音との干渉後の残留騒音ｅ（ｔ）を検出し、この残留騒音ｅ（ｔ）が最小となるように、上記の参照信号から制御信号ｙ（ｔ）を生成するＦＩＲフィルタ５のフィルタ係数を適応的に求めることにより、マイク２，７やスピーカ６の経年変化や空間伝達系における温度や湿度の変化等に対しても追従性の良い安定した消音性能を実現することができる。このような第１例の構成を有する能動消音装置１は、フィードフォワード型ＡＮＣと呼ばれている。
ここで用いられる適応アルゴリズム（４）としては、これまでにＬＭＳやＲＬＳ等、多数提案されているが、スピーカ６からの制御音を実時間で生成しなければならないことから、演算量の少ないFiltered-ｘ ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムがよく用いられている（後述の〔非特許文献１〕参照）。その基本原理は、制御用のスピーカ６からエラーマイク７までの音の伝達特性を考慮した上で、残留騒音ｅ（ｔ）が減少するように最急降下法に基づいて、ＦＩＲフィルタ５のフィルタ係数を更新するものである。
本図に示すように、時刻ｔにおける参照信号をｘ（ｔ）とし、この参照信号ｘ（ｔ）をベクトル化したｘ（ｔ）＝［ｘ（ｔ），ｘ（ｔ−１），…，ｘ（ｔ−Ｎw＋１）］に、制御用スピーカ６とエラーマイク７との間の伝達特性を表す伝達関数
Figure 0004790843
を畳み込んだ信号（濾波参照信号）ｒ（ｔ）は、下記の式（１）のように与えられる。
Figure 0004790843
ＦＩＲフィルタ５のフィルタ係数の更新式は、式（１）の信号をベクトル化した
ｒ（ｔ）＝［ｒ（ｔ），ｒ（ｔ−１），…，ｒ（ｔ−Ｎh＋１）］
を用いて、下記の式（２）のように定式化できる。
ｈ（ｔ＋１）＝ｈ（ｔ）＋μ・ｅ（ｔ）・ｒ（ｔ） …（２）
ただし、ｅ（ｔ）は、時刻ｔにおける残留騒音信号、μは、ステップサイズのパラメータをそれぞれ表し、また
ｈ（ｔ）＝［ｈ（１、ｔ），ｈ（２、ｔ），…，ｈ（Ｎh，ｔ）］
は、時刻ｔにおける適応フィルタのフィルタ係数を表す。
しかしながら、様々な方向から到来する種々の騒音に対しても、消音域において有効な消音を行おうとすると、上述した能動消音装置１を複数用意しなければならない。ところが、複数の方向に対して同時消音を適応しようとすると、各制御用スピーカ６相互間の干渉によってフィルタ係数の収束が保証されなくなる、という不都合が生じる。あるいは、その相互干渉までも考慮したとすると、ＣＰＵの演算量は増加し、そのために実時間の消音が困難になる、という不都合が生じる。
このような不都合を解消するために提案されたのが、図９に示す従来技術の第２例による能動消音装置１である。なお、全図を通じて同様の構成要素には同一の参照番号または記号を付して示す。
図９に示す従来の第２例の特徴は、上記の従来の第１例と比較して明らかなごとく、まず、様々な方向から到来する騒音に対して高い消音効果を得るために、消音したい消音域の周囲に複数のセンサマイク２−１，２−２…２−ｎを設置して複数の参照信号を検出することである。そして、検出したこれらの複数の参照信号のうち最も消音効果の高い１つの参照信号を、選択部８において選択し、スピーカ６側に出力する。
この場合、上記の最も消音効果の高い１つの参照信号を選択するために、相関算出部９を導入する。この相関算出部９は、参照信号間の相関をとりその相関値を算出する。この相関値が最も大きい１つの参照信号を、上記選択部８にて選択する、というものである（例えば、下記の〔特許文献２〕参照）。
特許第２８７２５４５号公報 特許第２９２１２３２号公報 B.Widrow and S.Stearns,「Adaptive Signal Processing」（Prentice-Hall,Englewood,Cliffs,NJ,1985）
上述した、従来の第２例による能動消音装置１（図９）は、センサマイク（２−１〜２−ｎ）の各々で得られる参照信号毎の上記相関性に基づいて、スピーカ６からの制御音の生成に用いる１つの参照信号を選択している。したがってエラーマイク７からの残留騒音には全く関知しないため、この残留騒音が最小となるような最適な参照信号を選択するものではなかった。さらに、制御用のスピーカ６やエラーマイク７の伝達特性や、制御用のスピーカ６からエラーマイク７に至る上記消音域での空間伝達特性、といった残留騒音に含まれるアナログ経路（二次経路）上の影響が考慮されていないことから、このようなアナログ経路上の伝達特性の変化に対して安定な、参照信号の選択ができない、といった問題がある。
したがって本発明は、スピーカ６からエラーマイク７までのアナログ経路（二次経路）の伝達特性を考慮した、選択部８での参照信号の選択を行って消音制御の最適化を図ることのできる能動消音装置を提供することを目的とするものである。また、そのための能動消音方法およびプログラムを提供することを目的とするものである。
図１は本発明に係る能動消音装置の原理を表す図である。なお以下の説明文中、スラッシュ（／）を付した記号は推定値（＾）であることを表す。例えば
Figure 0004790843
である。
本発明の基本思想は次のとおりである。本発明は、制御用のスピーカ６からエラーマイク７までのアナログ経路（二次経路）における音の伝達特性を、ディジタルフィルタ／ｗにより模擬することによって、より適切な制御信号ｙを選択するようにしたものである。このために、新規に導入されたのが残留騒音推定機能部１２である。
図１におけるその他の構成要素１１，６および７は、前述した図９に示す構成要素８，６および７とほぼ同等であり、
・騒音ｎを抑圧すべき制御音ＣＳを生成するための制御信号の候補となる複数の制御信号候補ｙ（１〜ｎ）の中から消音効果の高い最適制御信号ｙ*を選択して出力する選択機能部１１と、
・選択機能部１１からの最適制御信号ｙ*によって生成される制御音ＣＳを出力するスピーカ６と、
・騒音ｎを抑圧すべき区域をなす消音域１３内に配置され、スピーカ６からの制御音ＣＳと騒音ｎとの干渉後に残る騒音を残留騒音信号ｅとして検出して出力するエラーマイク７である。
ここに残留騒音推定機能部１２は、上記の残留騒音信号ｅと制御信号ｙ*とを入力として、騒音の成分を推定した騒音成分推定値／ｎを得、この騒音成分推定値／ｎを用いて、複数の制御信号候補ｙ（１〜ｎ）の各々について模擬した複数の残留騒音推定値／ｅ（１〜ｎ）を得て出力する機能を備える。そして、これら複数の残留騒音推定値／ｅ（１〜ｎ）に基づき、選択機能部１１において、消音効果の高い最適制御信号ｙ*を選択するようにする。
本発明によれば、アナログ経路である二次経路の伝達特性を模擬することにより、能動消音動作をディジタル信号処理によってシミュレーションする。これにより、各制御信号候補ｙ（１〜ｎ）を用いた場合の消音効果を仮想的に評価でき、最適な制御信号ｙ*を的確に選択することができる。かくして、複数のセンサマイク２（１〜ｎ）の出力を入力に用いる能動消音装置において、能動消音の性能を従来に比して一層高めることができる。
さらに加えて、二次経路の伝達特性を随時更新することにより、最適制御信号ｙ*の選択における安定性を向上させることができる。
図２は本発明に係る能動消音装置の基本構成を示す図である。本図によれば、図１に示す残留騒音推定機能部１２の構成が具体的に示されている。この図２に示す基本構成において特徴的な動作は次のとおりである。
まず、エラーマイク７で検出される残留騒音信号ｅに対して、制御用のスピーカ６から出力される制御音ＣＳを、二次経路の伝達特性を考慮して、ディジタル信号処理によって差し引くことで、騒音成分ｎを／ｎとして推定する。そして、その騒音成分推定値／ｎを用いて、制御信号候補ｙ1〜ｙnの各々に対する残留騒音の推定値／ｅ1〜／ｅnを算出する。そして、制御信号候補ｙ1〜ｙnの中から残留騒音推定値（／ｅ1〜／ｅn）が最小となるような最適制御信号ｙ*を選択する。
上記の特徴的な動作を実現するために、
まず残留騒音推定機能部１２は、消音域１３内での音の伝達特性を模擬する伝達特性模擬フィルタ（／ｗ）を少なくとも有する。この場合、その伝達特性模擬フィルタ（／ｗ）として、制御信号ｙ*を濾波する第１模擬フィルタ２１を有し、残留騒音信号ｅからこの第１模擬フィルタ２１の出力を減算して、騒音成分推定値／ｎを得る。さらに、
上記の伝達特性模擬フィルタ（／ｗ）として、複数の制御信号候補ｙ1〜ｙnの各々を濾波する複数の第２模擬フィルタ２２−１〜２２−ｎを有し、騒音成分推定値／ｎと各第２模擬フィルタ２２−１〜２２−ｎの出力とを加算して、各残留騒音推定値／ｅ1〜／ｅnを得る。
ここに残留騒音推定機能部１１は、ディジタル処理回路（ＤＳＰ）からなり、このディジタル処理回路内の上記の伝達特性模擬フィルタ（２１，２２−１〜２２−ｎ）は、上記の伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタからなる。
このように、全ての制御信号候補ｙ1〜ｙnについて、消音域１３の伝達特性を模擬したフィルタ処理を行い、それ各該候補について残留騒音の推定値（／ｅ）を求めて、制御信号候補ｙ1〜ｙnの１つを選択する点が、既述の従来の第２例（図９）と根本的に異なる。したがって選択機能部１１では、常に残留騒音を最小に抑えることのできる制御信号候補ｙ*を選択することが可能となる。
なお騒音の性質や消音域１３の伝達特性の急激な変化によっては、選択機能部１２において最適なものを選択できないこともあり得る。このような場合の対応を示すと、
選択機能部１１において複数の残留騒音推定値／ｅ1〜／ｅnに基づいて選択すべき、消音効果の高い最適制御信号ｙ*がないと判定されたときには、スピーカ６からの制御音ＣＳの発生を停止するようにする。つまり、消音効果のあるときだけ消音制御を行う、というものである。
上記の判定のために、および通常の最適制御信号の選択のために、残留騒音推定機能部１２からの各残留騒音推定値／ｅ1〜／ｅnと、所定の閾値ＴＨとを比較する比較部２８（図２）を有し、これら残留騒音推定値の全てがその所定の閾値ＴＨを超えるとき、消音効果の高い最適制御信号がないものと判定する。その所定の閾値ＴＨを超えない残留騒音推定値が１つだけ存在するときは、その１つに対応する制御信号候補を選択する。そのＴＨを超えない残留騒音推定値が２以上あるときは、それらのうちの最小のものに対応する制御信号候補を選択する。
以下、図２の基本構成に基づく第１実施例と第２実施例について説明する。
図３は本発明に基づく第１実施例を示す図である。この第１実施例の特徴的な構成は次のとおりである。本図において、まずセンサマイク２およびセンサマイク２’は、騒音の到来方向に対応した場所にそれぞれ設置され、発生している騒音を表す信号（参照信号）を検出する。その後段の制御用のスピーカ６は、消音したい方向に向けて配置されて、騒音ｎと干渉させる制御音ＣＳを出力する。このスピーカ６に対向するエラーマイク７は、消音したい消音域１３に設置されて、制御音ＣＳとの干渉による干渉後の残留騒音信号ｅを検出する。
この残留騒音信号ｅを入力とする残留騒音推定機能部１２は、制御用のスピーカ６からエラーマイク７までのアナログ経路（二次経路）の伝達特性を表す伝達関数を用いて、騒音成分推定値／ｎと、制御信号候補ｙ1および制御信号候補ｙ2から、各制御信号候補ｙ1およびｙ2についての残留騒音推定値／ｅ1および／ｅ2を出力する。
これら残留騒音推定値／ｅ1および／ｅ2を受信した選択部機能部１１は、エラーマイク７により検出される残留騒音が最小となる制御信号ｙ1またはｙ2を選択する。
上記センサマイク２および２’の出力をそれぞれ入力とする第１適応フィルタ３１−１および３１−２は、参照信号ｘ1およびｘ2と、残留騒音推定値／ｅ1および／ｅ2から、フィルタ係数Ｈ1およびＨ2を更新して制御信号候補ｙ1およびｙ2を生成する。
この場合、伝達関数更新部３５は、制御用のスピーカ６からエラーマイク７の間のアナログ経路（二次経路）の伝達特性に相当する伝達関数を更新し、残留騒音推定機能部１２内の第１および第２模擬フィルタ２１，２２と、適応フィルタ３１−１および３１−２内の各模擬フィルタ２３−１，２３−２により形成される伝達関数へその更新を反映させる。
かかる第１実施例を実現する特徴的な構成は、まず
騒音を参照信号（ｘ1，ｘ2）としてセンサマイク（２，２’）より入力し、この入力信号を濾波する第１適応フィルタ（３１−１，３１−２）を有し、この第１適応フィルタ（３１−１，３１−２）の出力から制御信号候補（ｙ1，ｙ2）を得るようにし、
ここに第１適応フィルタ（３１−１，３１−２）は、制御信号候補（ｙ1，ｙ2）を出力するＦＩＲフィルタ（４−１，４−２）と、前述した伝達特性模擬フィルタとしての第３模擬フィルタ（２３−１，２３−２）と、ＦＩＲフィルタ（４−１，４−２）のフィルタ特性を制御するＬＭＳアルゴリズム（５−１，５−２）とを有してなり、これら第３模擬フィルタ（２３−１，２３−２）からの濾波出力（ｒ1，ｒ2）と残留騒音推定値（／ｅ1，／ｅ2）とにより、そのＦＩＲフィルタ（４−１，５−２）の各フィルタ特性を制御する。
そしてさらに上記の伝達特性模擬フィルタを、前述した伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタにより構成すると共に、その伝達関数を随時更新する伝達関数更新機能部３５をさらに備える。
また、上記第１実施例のもとでの一連の能動消音動作を時系列的に示すと次のようになる。すなわち、
図３の第１実施例において、現在の時刻をｔとして、以下の動作〔１〕〜〔８〕を繰り返し行う。
〔１〕エラーマイク７により残留騒音信号ｅ（ｔ）を検出する。
〔２〕センサマイク２および２’により、参照信号ｘ1（ｔ），ｘ2（ｔ）をそれぞれ検出する。
〔３〕検出した参照信号ｘ1（ｔ），ｘ2（ｔ）と適応フィルタ３１−１，３１−２のフィルタ係数ｈ1（ｔ），ｈ2（ｔ）により、制御信号候補ｙ1（ｔ），ｙ2（ｔ）を生成する。
ｙ1（ｔ）＝ｈ1（ｔ）*ｘi（ｔ）（i＝１，２）
〔４〕各制御信号候補ｙ1（ｔ），ｙ2（ｔ）のうち、過去Ｎサンプル分の残留騒音推定値／ｅ1，／ｅ2の各平均値によって、最適な制御信号ｙ*（ｔ）を選択し、制御用のスピーカ６から制御音ＣＳを出力する。
Figure 0004790843
〔５〕残留騒音信号ｅ（ｔ）から制御音成分／ｗ*ｙ*（ｔ）を差し引くことにより、騒音成分の推定値／ｎ（ｔ）を算出する。
Figure 0004790843
〔６〕制御信号候補ｙ1（ｔ），ｙ2（ｔ）についての残留騒音推定値／ｅ1（ｔ），／ｅ2（ｔ）を算出する。
Figure 0004790843
〔７〕適応フィルタのフィルタ係数を更新するために、参照信号ｘ1（ｔ），ｘ2（ｔ）の各々に、二次経路の伝達特性／ｗを畳み込んで、濾波参照信号ｒ1（ｔ），ｒ2（ｔ）を生成する。
Figure 0004790843
〔８〕適応フィルタ３１−ｉのフィルタ係数を更新する。
Figure 0004790843
さらに前述の伝達関数更新機能部３５について説明する。なお、能動消音処理を行いながら、制御用のスピーカ６からエラーマイク７までの間の伝達特性に相当する伝達関数を更新する方法としては、外部雑音注入法や同時摂動法といった方法が知られているが、ここでは前者の方法を採用する。
図４はその伝達関数更新機能部３５の一構成例を示す図であり、本図に示す伝達関数更新機能部３５においては、外部雑音の信号を、スピーカ６への制御信号ｙ*に加算すると共に、その外部雑音を濾波してその出力を、エラーマイク７からの残留騒音信号ｅから減算する更新用適応フィルタ３６を有してなり、その減算値を最小にするようにこの更新用適応フィルタ３６を動作させて伝達関数を推定し、この推定値をもって、図３における各ディジタルフィルタ（２１，２２，２３）の伝達関数を更新する。
さらに詳しくは、図４において、スイッチ１およびスイッチ２の各々にて、接点をＡからＢに切り替えることによって、上記の伝達関数の更新が行われる。まず、制御信号ｙ*に、外部雑音生成部３７からの外部雑音を加算した結果を、制御用のスピーカ６から出力する。そして、エラーマイク７で得られる信号から、その外部雑音にフィルタ３６にて伝達関数を畳み込んだ信号を、加算部３８にて差し引いた（−の記号）結果が小さくなるように、適応フィルタ３６を動作させることによって、二次経路の伝達特性を表す伝達関数を推定することができる。
なお、上記の外部雑音としては、低レベルの白色雑音または正弦波信号が用いられる。その適応フィルタ３６が収束して伝達関数の推定が終了すると、各フィルタ（２１，２２，２３）の伝達関数に対して、フィルタ係数の更新を反映させる。このようにして、随時、二次経路の伝達関数を更新することで、制御信号の最適な選択における安定性を向上させることができる。
図５は本発明に基づく第２実施例を示す図である。本図に示すように、この第２実施例においては、
フィードフォワード動作を行う第１適応フィルタ３１に加えて、騒音成分推定値／ｎを参照信号として入力し、この入力信号を濾波するフィードバック動作を行う第２適応フィルタ３２を有し、この第２適応フィルタ３２の出力から複数の制御信号候補（ｙ1，ｙ2）の１つを得るようにしたものである。このフィードバック型の適応フィルタ３２は、特に周期性の騒音に対する消音効果が大である。
上記の第２適応フィルタ３２は、制御信号候補ｙ2を出力する第２ＦＩＲフィルタ（４−２，５−２）と、前述した伝達特性模擬フィルタとしての第４模擬フィルタ２４とを有してなり、この第４模擬フィルタ２４からの濾波出力と残留騒音推定値／ｅ2とにより、上記第２ＦＩＲフィルタ（４−２，５−２）のフィルタ特性を制御する。
また上記第４模擬フィルタ２４を、消音域１３内での音の伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタにより構成すると共に、その伝達関数を随時更新する伝達関数更新機能部３５（図３）をさらに備えるのが好ましい。
さらに詳細に説明すると、
センサマイク２は、騒音の到来方向に対応した場所に設置され、発生している騒音を表す信号（参照信号）を検出する。その後段の制御用のスピーカ６は、消音したい方向に向けて設置されて、騒音ｎと干渉させる制御音ＣＳを出力する。このスピーカ６に対向するエラーマイク７は、消音したい消音域に設置されて、制御音ＣＳとの干渉による干渉後の残留騒音信号ｅを検出する。
残留騒音推定機能部１２は、あらかじめ同定された、制御用のスピーカ６からエラーマイク７までのアナログ経路（二次経路）の伝達特性を表す伝達関数を用いて、残留騒音信号ｅと、制御信号候補ｙ1および制御信号候補ｙ2とから、各該制御信号候補についての残留騒音推定値／ｅ1および／ｅ2を出力する。そして選択機能部１１は、各制御信号候補についての残留騒音推定値／ｅ1および／ｅ2から、エラーマイク７により検出される残留騒音が最小となるような最適な制御信号ｙ1またはｙ2を選択する。
第１適応フィルタ３１および第２適応フィルタ３２は、参照信号ｘ1と、騒音成分の推定値／ｎと、残留騒音推定値／ｅ1，／ｅ2と、からフィルタ係数を更新して制御信号候補ｙ1またはｙ2を生成する。第１適応フィルタ３１はセンサマイク２から参照信号を入力するフィードフォワード型であり、第２適応フィルタ３２はエラーマイク７から参照信号を入力するフィードバック型である。
図５の第２実施例において、現在の時刻をｔとして、以下の動作〔１〕〜〔８〕を繰り返し行う。
〔１〕エラーマイク７により残留騒音信号ｅ（ｔ）を検出する。
〔２〕センサマイク２により参照信号ｘ1（ｔ）を検出する。
〔３〕検出した参照信号ｘ1（ｔ）と、過去の騒音成分の推定値／ｎ（ｔ−１）と、適応フィルタ３１，３２の各フィルタ係数ｈ1（ｔ），ｈ2（ｔ）により、制御信号候補ｙ1（ｔ），ｙ2（ｔ）を生成する。
Figure 0004790843
〔４〕各制御信号候補ｙ1（ｔ），ｙ2（ｔ）のうち、過去Ｎサンプル分の残留騒音推定値／ｅ1，／ｅ2の各平均値によって、最適な制御信号ｙ*（ｔ）を選択し、制御用のスピーカ６から制御音ＣＳを出力する。
Figure 0004790843
〔５〕残留騒音信号ｅ（ｔ）から制御音成分／ｗ*ｙ*（ｔ）
を差し引くことにより、騒音成分の推定値／ｎ（ｔ）を算出する。
Figure 0004790843
〔６〕制御信号候補ｙ1（ｔ），ｙ2（ｔ）に対する残留騒音推定値／ｅ1（ｔ），／ｅ2（ｔ）を算出する。
Figure 0004790843
〔７〕適応フィルタ３１，３２の各フィルタ係数を更新するために、参照信号ｘ1（ｔ）と、過去の騒音成分の推定値／ｎ（ｔ−１）とに、二次経路の伝達特性／ｗを畳み込んで、濾波参照信号ｒ1（ｔ），ｒ2（ｔ）を生成する。
Figure 0004790843
〔８〕適応フィルタ３１，３２のフィルタ係数を更新する。
ｈi（ｔ＋１）＝ｈi（ｔ）＋μ・ｅ（ｔ）・ｒi（ｔ） （ｉ＝１，２）
なお、第１および第２、実施例では適応アルゴリズムとしてFiltered−ｘ ＬＭＳアルゴリズムを用いているが、その他の適応アルゴリズムを用いることもできる。
第２実施例について説明した上記の動作〔１〕〜〔８〕（既述の第１実施例について説明した前述の動作〔１〕〜〔８〕についても同じ）を、フローチャートとして表すと図６のようになる。本図のステップＳ１１〜Ｓ１８はそれぞれ、上記の動作〔１〕〜〔８〕に対応する。ステップＳ１１およびＳ１２にて、残留騒音信号（ｅ）と参照信号（ｘ）とをそれぞれ検出して、ステップＳ１３にて制御信号候補（ｙ）を生成する。さらに、ステップＳ１４にて最適な制御信号（ｙ*）を選択して、これに対応する制御音ＣＳを出力する。
ステップＳ１５では、残留騒音推定機能部１２において騒音成分の推定が行われ（／ｎ）、ステップＳ１６ではその推定値（／ｎ）を用いて、各制御信号候補（ｙ1，ｙ2…）についての残留騒音の推定が行われる（／ｅ1，／ｅ2…）。
一方、ステップＳ１７では、上記の参照信号と推定値（／ｎ）とにそれぞれ、伝達関数（／ｗ）を畳み込んで濾波参照信号（ｒ1，ｒ2…）を算出する。最後にステップＳ１８にて、フィルタ係数の更新を行う。
上記のフローチャート（図６）は実施例レベルでの動作を表すが、図１および図２に示す基本構成のもとでの基本的な動作は図７に示すとおりとなる。
図７は本発明の基本的な動作を表すフローチャートである。本図において、
第１ステップＳ２１にて、騒音ｎを抑圧すべき制御音ＣＳを生成するための制御信号の候補となる複数の制御信号候補（ｙ1，ｙ2）の中から、消音効果の高い最適制御信号ｙ*を選択し、第２ステップＳ２２にて、スピーカ６から、その最適制御信号ｙ*によって生成される制御音ＣＳを出力する。
第３ステップＳ２３にて、騒音ｎを抑圧すべき区域をなす消音域１３内に配置されるエラーマイク７によって、スピーカ６からの制御音ＣＳと騒音ｎとの干渉後に残る雑音を残留騒音信号ｅとして検出し、第４ステップＳ２４にて、残留騒音信号ｅと制御信号ｙ*とを入力として、騒音の成分を推定した騒音成分推定値（／ｎ）を得、この騒音成分推定値（／ｎ）を用いて、複数の制御信号候補（ｙ1，ｙ2）の各々について模擬した複数の残留騒音推定値（／ｅ1，／ｅ2）を得て出力する。そして第５ステップＳ２５において、その複数の残留騒音推定値（／ｅ1，／ｅ2）に基づき、消音効果の高い最適制御信号を選択する。
さらに第４ステップＳ２４において、騒音成分推定値／ｎおよび残留騒音推定値／ｅは、消音域１３内での音の伝達特性を模擬する伝達特性模擬フィルタ（２１，２２）を用いて算出し、また
第１ステップＳ２１において、騒音ｎを参照信号ｘとしてセンサマイク２，２’より入力し、この入力信号を第１適応フィルタ３１にて濾波した出力から制御信号候補ｙを得、
そして第４ステップＳ２４において、前述の伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタにより構成された伝達特性模擬フィルタ（２１，２２，２３，２４）に対し、その伝達関数を随時更新する。
また第１ステップＳ２１においては、騒音成分推定値／ｎを参照信号として入力し、フィードバック動作でその入力信号を濾波して、この濾波信号を複数の制御信号候補ｙの１つとして得ることもできる。
上述した本発明の能動消音装置１は、本発明に基づく制御プログラムによって動作させることもできる。すなわち、コンピュータに、以下の各手順を実行させるための能動消音プログラムであって、
第１手順で騒音ｎを抑圧すべき制御音ＣＳを生成するための制御信号の候補となる複数の制御信号候補（ｙ1，ｙ2）の中から消音効果の高い最適制御信号ｙ*を選択して出力し、第２手順でスピーカ６から、最適制御信号ｙ*によって生成される制御音ＣＳを出力し、第３手順で騒音ｎを抑圧すべき区域をなす消音域１３内に配置されるエラーマイク７により、スピーカ６からの制御音ＣＳと騒音ｎとの干渉後に残る騒音を残留騒音信号ｅとして検出してこれを出力し、（第４手順で）残留騒音信号ｅと制御信号ｙ*とを入力として、騒音の成分を推定した騒音成分推定値／ｎを得、この騒音成分推定値／ｎを用いて、複数の制御信号候補（ｙ1，ｙ2）の各々について模擬した複数の残留騒音推定値（／ｅ1，／ｅ2）を得て出力し、第５手順で複数の残留騒音推定値（／ｅ1，／ｅ2）に基づき、消音効果の高い最適制御信号を選択するといった手順である。
以上説明したように本発明によれば、仮想の複数の制御信号候補の各々のうちから、制御音とするのに最適な１つを選択するに際し、スピーカ６とエラーマイク７との間の伝達特性を考慮した的確な１つを選択することができ、優れた消音効果を発揮することが可能となる。
本発明に係る能動消音装置の原理を表す図である。 本発明に係る能動消音装置の基本構成を示す図である。 本発明に基づく第１実施例を示す図である。 図３に示す伝達関数更新機能部３５の一構成例を示す図である。 本発明に基づく第２実施例を示す図である。 第１および第２実施例での動作を表すフローチャートである。 本発明の基本的な動作を表すフローチャートである。 従来技術の第１例を示す図である。 従来技術の第２例を示す図である。
１ 能動消音装置
２，２’ センサマイク
３ ディジタルフィルタ
４ ＬＭＳアルゴリズム部
５ ＦＩＲフィルタ
６ スピーカ
７ エラーマイク
１１ 選択機能部
１２ 残留騒音推定機能部
１３ 消音域
２１ 第１模擬フィルタ
２２−１〜２２−ｎ 第２模擬フィルタ
２３ 第３模擬フィルタ
２４ 第４模擬フィルタ
２８ 比較部
３１−１，３１−２ 第１適応フィルタ
３２ 第２適応フィルタ
３５ 伝達関数更新機能部
３６ 更新用適応フィルタ
３７ 外部雑音生成部

Claims (8)

  1. 騒音を抑圧すべき制御音を生成するための制御信号の候補となる複数の制御信号候補の中から消音効果の高い最適制御信号を選択して出力する選択機能部と、
    前記選択機能部からの前記最適制御信号によって生成される前記制御音を出力するスピーカと、
    前記騒音を抑圧すべき区域をなす消音域内に配置され、前記スピーカからの前記制御音と前記騒音との干渉後に残る騒音を残留騒音信号として検出して出力するエラーマイクと、
    前記残留騒音信号と前記制御信号とを入力として、前記騒音の成分を推定した騒音成分推定値を得、該騒音成分推定値を用いて、前記複数の制御信号候補の各々について模擬した複数の残留騒音推定値を得て出力する残留騒音推定機能部と、を備え、
    前記複数の残留騒音推定値に基づき、前記選択機能部において、前記消音効果の高い最適制御信号を選択することを特徴とする能動消音装置。
  2. 前記残留騒音推定機能部は、前記消音域内での音の伝達特性を模擬する伝達特性模擬フィルタを少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の能動消音装置。
  3. 前記騒音を参照信号としてセンサマイクより入力し、該入力信号を濾波する第１適応フィルタを有し、該第１適応フィルタの出力から前記制御信号候補を得ることを特徴とする請求項１に記載の能動消音装置。
  4. 前記伝達特性模擬フィルタを前記伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタにより構成すると共に、該伝達関数を随時更新する伝達関数更新機能部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の能動消音装置。
  5. フィードフォワード動作を行う前記第１適応フィルタに加えて、前記騒音成分推定値を参照信号として入力し、該入力信号を濾波するフィードバック動作を行う第２適応フィルタを有し、該第２適応フィルタの出力から前記複数の制御信号候補の１つを得ることを特徴とする請求項３に記載の能動消音装置。
  6. 前記選択機能部において前記複数の残留騒音推定値に基づいて選択すべき、前記消音効果の高い最適制御信号がないと判定されたとき、前記スピーカからの前記制御音の発生を停止することを特徴とする請求項５に記載の能動消音装置。
  7. 騒音を抑圧すべき制御音を生成するための制御信号の候補となる複数の制御信号候補の中から消音効果の高い最適制御信号を選択して出力する第１ステップと、
    スピーカから、前記最適制御信号によって生成される前記制御音を出力する第２ステップと、
    前記騒音を抑圧すべき区域をなす消音域内に配置されるエラーマイクによって、前記スピーカからの前記制御音と前記騒音との干渉後に残る騒音を残留騒音信号として検出しこれを出力する第３ステップと、
    前記残留騒音信号と前記制御信号とを入力として、前記騒音の成分を推定した騒音成分推定値を得、該騒音成分推定値を用いて、前記複数の制御信号候補の各々について模擬した複数の残留騒音推定値を得て出力する第４ステップと、
    前記複数の残留騒音推定値に基づき、前記消音効果の高い最適制御信号を選択する第５ステップと、
    を有することを特徴とする能動消音方法。
  8. コンピュータに、
    騒音を抑圧すべき制御音を生成するための制御信号の候補となる複数の制御信号候補の中から消音効果の高い最適制御信号を選択して出力する第１手順と、
    スピーカから、前記最適制御信号によって生成される前記制御音を出力する第２手順と、
    前記騒音を抑圧すべき区域をなす消音域内に配置されるエラーマイクより、前記スピーカからの前記制御音と前記騒音との干渉後に残る騒音を残留騒音信号として検出し、これを出力する第３手順と、
    前記残留騒音信号と前記制御信号とを入力として、前記騒音の成分を推定した騒音成分推定値を得、該騒音成分推定値を用いて、前記複数の制御信号候補の各々について模擬した複数の残留騒音推定値を得て出力する第４手順と、
    前記複数の残留騒音推定値に基づき、前記消音効果の高い最適制御信号を選択する第５手順と、
    を実行させるための能動消音プログラム。
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