JP6104650B2 - 消音装置、消音方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、消音装置および消音方法に関する。

吸音材などのパッシブな騒音対策が効果的でない環境下において低周波騒音を低減する仕組みとして、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ：active noise control）が知られている。ＡＮＣは、騒音と同振幅で逆位相の信号を人為的に作成して制御スピーカから出力することにより、当該騒音を打ち消すことを可能にするものである。ＡＮＣは、自動車などにおけるロードノイズを低減する機器や、医療機器が発生する騒音を低減する機器、ノイズキャンセルイヤホンなどに適用されている。

ＡＮＣの基本手法としては、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと呼ばれるものが知られている。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘは、騒音を打ち消す信号を出力する制御スピーカと、当該制御スピーカが出力する信号（音）を出力する制御フィルタと、当該騒音および制御スピーカの発した信号音を受けてこれを低レベルに抑えるように制御フィルタを適応的に更新するための誤差マイクとを備えている。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘの手法では、原理上、制御スピーカと誤差マイクとの間の空間特性を同定（二次経路同定）する必要があるが、高残響下では反射波の影響を強く受けるため、二次経路に特性としてノッチなどの高減衰帯域が生じることがある。

制御フィルタは、典型的に、二次経路特性の逆フィルタ特性を含むことになるから、当該二次経路にその特性としてノッチなどの高減衰帯域が含まれると、制御フィルタは共振特性を有してしまう。その結果、制御フィルタの適応更新に影響を与えることになり、特に高残響下においては、制御性能が低下する原因となる。

特開平７−１３４５９０号公報

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、二次経路にその特性としてノッチなどの高減衰帯域が含まれる場合であっても、制御性能を良好にすることができる消音装置を提供することを目的とする。

実施形態の消音装置は、消音の対象となる制御対象音を空間上で低減する消音装置であって、制御対象音を参照信号に変換する参照マイクと、制御対象音を含む空間上の音を誤差信号に変換する誤差マイクと、参照信号を変換して制御対象音を打ち消すための制御信号を生成する制御フィルタと、参照信号と誤差信号とに基づいて制御フィルタの変換特性を制御するフィルタ更新部とを有している。また、実施形態の消音装置は、第１の駆動信号に基づいて空間に音を発する第１の制御スピーカと、第２の駆動信号に基づいて空間に音を発する第２の制御スピーカとを有している。さらに、実施形態の消音装置は、第１の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性および第２の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性に基づき制御信号を第１の駆動信号に変換する第１の再生フィルタと、第１の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性および第２の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性に基づき第１の再生フィルタとは異なる特性で制御信号を第２の駆動信号に変換する第２の再生フィルタとを有している。
また、他の実施形態の消音装置は、消音の対象となる制御対象音を空間上で低減する消音装置であって、制御対象音を含む空間上の音を誤差信号に変換する誤差マイクと、誤差信号に基づいて制御対象音を打ち消すための制御信号を生成する制御信号生成部と、第１の駆動信号に基づいて空間に音を発する第１の制御スピーカと、第２の駆動信号に基づいて空間に音を発する第２の制御スピーカと、第１の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性および第２の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性に基づき制御信号を第１の駆動信号に変換する第１の再生フィルタと、第１の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性および第２の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性に基づき第１の再生フィルタとは異なる特性で制御信号を第２の駆動信号に変換する第２の再生フィルタとを有している。そして、制御信号生成部が、第１の再生フィルタおよび第２の再生フィルタの入力から誤差マイクまでの経路特性に基づき制御信号を変換するフィードバックフィルタと、誤差信号からフィードバックフィルタにより変換された信号を引いた推定騒音信号を変換して制御信号を生成する制御フィルタと、推定騒音信号と誤差信号とに基づいて制御フィルタの変換特性を制御するフィルタ更新部とを有している。

第１の実施形態の能動消音装置の概念を示す図である。 第１の実施形態の能動消音装置の構成を示すブロック線図である。 第１の実施形態の能動消音装置の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態の能動消音装置における第１再生フィルタを構築するためのブロック線図である。 第１の実施形態の能動消音装置における第２再生フィルタを構築するためのブロック線図である。 再生フィルタの特性を求める方法を説明するブロック図である。 第１の実施形態の能動消音装置における二次経路同定を行うためのブロック線図である。 第１の実施形態の能動消音装置の具体例を示す図である。 図７に示す具体例における第１制御スピーカおよび第２制御スピーカそれぞれの経路に係る経路特性（周波数特性）を示す図である。 図７に示す具体例における第１制御スピーカの経路特性（インパルス応答）を示す図である。 図７に示す具体例における第２制御スピーカの経路特性（インパルス応答）を示す図である。 図７に示す具体例における忠実再生フィルタの特性を説明する図である。 図７に示す具体例における忠実再生フィルタの特性を示す図である。 図７に示す具体例における忠実再生フィルタの特性を示す図である。 図７に示す具体例における二次経路同定の結果を示す図である。 図７に示す具体例における二次経路同定の結果を説明する図である。 図７に示す具体例における二次経路同定の結果を示す図である。 図７に示す具体例における制御結果を示す図である。 図７に示す具体例において第１制御スピーカのみを用いた場合の制御結果を示す図である。 図７に示す具体例における消音効果（周波数特性）を示す図である。 第２の実施形態に係る能動消音装置の構成を示すブロック線図である。 第３の実施形態に係る能動消音装置の構成を示すブロック線図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。一般に、騒音源を打ち消す音信号（制御信号）を発する制御スピーカと騒音源の音および当該制御スピーカが発する音を受ける誤差マイクとを有する能動消音装置では、制御スピーカが発する制御音の反射波の影響により、制御スピーカと誤差マイクとの間の空間特性にノッチや共振特性を生じる可能性がある。当該空間特性にノッチが生ずると、制御フィルタに共振特性が生じて制御フィルタの適応更新に影響を与えるおそれがある。

そこで、実施形態の能動消音装置では、制御スピーカを二つ以上用意し、当該制御スピーカ入力と誤差マイクとの間の特性を任意に決定できる忠実再生技術を適用することで、反射波による影響を低減し制御フィルタ適応更新における悪影響を低減させている。これにより、制御フィルタの適応更新において局所最適にとどまる可能性が低減され、制御効果の増大を実現することができる。

（第１の実施形態の構成）
図１に示すように、実施形態に係る能動消音装置１は、参照マイク１００と、制御フィルタ機能をもつ処理部本体（１）と、複数の制御スピーカと、誤差マイク１３２とを具備したＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘの構成を有している。図１に示す例では、能動消音装置１は、二つの制御スピーカ、例えば特性Ｇ_ｓ１をもつ第１制御スピーカと、特性Ｇ_ｓ２をもつ第２制御スピーカとを有している。

図１に示すように、参照マイク１００は、経路特性Ｇ_２をもつ経路２０を経た騒音源ｓの音を受け取る。能動消音装置１の制御フィルタは、参照マイク１００が受けた音信号に基づいて二つの制御信号を生成し、それぞれ第１および第２制御スピーカを駆動する。誤差マイク１３２は、経路特性Ｇ_１をもつ経路１０を経て届く騒音源ｓからの音、経路特性Ｇ_ｅ１をもつ経路３１を経て届く第１制御スピーカからの音、および、経路特性Ｇ_ｅ２をもつ経路３２を経て届く第２制御スピーカからの音を受ける。合成された三つの音に基づいて、制御フィルタの特性が更新的に制御される。なお、第１制御スピーカおよび第２制御スピーカが発する音は、それぞれ特性Ｈ_１，Ｈ_２をもつ経路４１，４２を経て参照マイク１００にも届くから、ハウリングが発生する。そのため、能動消音装置１は、かかるハウリングを相殺する機能をも有してもよい。

ここで、第１制御スピーカ入力から誤差マイクまでの特性（Ｇ_ｓ１およびＧ_ｅ１）と、第２制御スピーカ入力から誤差マイクまでの特性（Ｇ_ｓ２およびＧ_ｅ２）とが、それぞれ異なる特性となるように設計される。具体的には、第１および第２制御スピーカの特性Ｇ_ｓ１・Ｇ_ｓ２を異なるものとしたり、第１および第２制御スピーカを参照マイクに対して非対称な配置として経路特性Ｇ_ｅ１・Ｇ_ｅ２を異なるものとしたり、あるいはこれらを組み合わせたりすることができる。これにより、第１制御スピーカから誤差マイクまでの音に関する伝達特性が示す高減衰帯域が、第２制御スピーカから誤差マイクまでの音に関する伝達特性が示す高減衰帯域に重ならないようにする。

この実施形態の能動消音装置によれば、騒音源の音を打ち消す音信号を発する制御スピーカを複数用意し、制御スピーカそれぞれから誤差マイクまでの経路特性を制御スピーカ毎に異なるように構成している。かかる構成により、仮に一の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性にノッチや共振特性が含まれていたとしても、他の制御スピーカから誤差マイクまでの経路特性が異なるため、一方が他方を補完して制御フィルタの適応更新を正しく行うことができる。すなわち、制御フィルタの特性の収束速度を速めるとともに制御フィルタ特性を向上することができる。

続いて、図２を参照して実施形態の能動消音装置１の構成をより詳細に説明する。図２に示すように、実施形態の能動消音装置１は、経路２０を経た騒音源ｓの音を受ける参照マイク１００と、参照マイク１００が受けた音を用いて騒音源ｓの音を相殺する音信号を生成する制御フィルタ１０８と、制御フィルタ１０８により生成された制御信号を音として出力する第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６と、騒音源ｓの音と第１および第２制御スピーカ１１６，１２６が発した音とを受ける誤差マイク１３２とを有している。

参照マイク１００および制御フィルタ１０８の間には、参照マイク１００が受けた音の信号（参照信号）の折り返し周波数以下を通過させる第１フィルタ１０２（アンチエイリアスフィルタＦ１）と、第１フィルタ１０２を通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０４（ＡＤＣ１０４）とが配設されている。ＡＤＣ１０４によりデジタル化された音信号は加算器１０６を経て制御フィルタ１０８に送られる。制御フィルタ１０８は、外部から更新可能な特性Ｋを有しており、騒音源ｓが発する音信号を打ち消す信号を生成する。

制御フィルタ１０８と第１制御スピーカ１１６との間には、第１制御スピーカ１１６の特性Ｇ_ｓ１と第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１とに対応する第１再生フィルタ１１０（フィルタｈ１）と、第１再生フィルタ１１０の出力をアナログに変換するＤ／Ａ変換器１１２（ＤＡＣ１１２）と、第１制御スピーカ１１６を保護する第２フィルタ１１４（保護フィルタＦ２）とが配設されている。第１再生フィルタ１１０から出力される音信号は、ＤＡＣ１１２によりアナログ信号に変換され、第２フィルタ１１４を経て第１制御スピーカ１１６に送られる。同様に、制御フィルタ１０８と第２制御スピーカ１２６との間には、第２制御スピーカ１２６の特性Ｇ_ｓ２と第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２とに対応する第２再生フィルタ１２０（フィルタｈ２）と、第２再生フィルタ１２０の出力をアナログに変換するＤ／Ａ変換器１２２（ＤＡＣ１２２）と、第２制御スピーカ１２６を保護する第２フィルタ１２４（保護フィルタＦ２）とが配設されている。第２再生フィルタ１２０から出力される音信号は、ＤＡＣ１２２によりアナログ信号に変換され、第２フィルタ１２４を経て第２制御スピーカ１２６に送られる。

第１再生フィルタ１１０は、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６および誤差マイク１３２それぞれの位置関係や特性等により定まる特性Ｇ_ｓ１・Ｇ_ｅ１・Ｇ_ｓ２・Ｇ_ｅ２に基づいて決定される特性を有しており、制御フィルタ１０８の特性Ｋと併せて騒音源ｓからの音の打ち消しに寄与する。同様に、第２再生フィルタ１２０は、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６および誤差マイク１３２それぞれの位置関係や特性等により定まる特性Ｇ_ｓ１・Ｇ_ｅ１・Ｇ_ｓ２・Ｇ_ｅ２に基づいて決定される特性を有しており、制御フィルタ１０８の特性Ｋと併せて騒音源ｓからの音の打ち消しに寄与する。

制御フィルタ１０８から第１制御スピーカ１１６までの構成と、制御フィルタ１０８から第２制御スピーカ１２６までの構成は、それぞれ対応し共通の構成を有している。ただし、前述の通り、第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１および第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２は、異なる特性となるように構成されている。従って、第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０は異なる特性を有している。なお、前述の通り、第１制御スピーカ１１６の特性Ｇ_ｓ１と第２制御スピーカ１２６の特性Ｇ_ｓ２とを異なる特性としてもよい。

さらに、この実施形態の能動消音装置１は、誤差マイク１３２が受けた音の信号（誤差信号）の折り返し周波数以下を通過させる第３フィルタ１３４ａ（アンチエイリアスフィルタＦ３ａ）と、第３フィルタ１３４ａを通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３６（ＡＤＣ１３６）と、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘにおける二次経路特性を有し制御フィルタ１０８に入力される信号をフィルタリングする二次経路同定フィルタ１４０とを有している。そして、二次経路同定フィルタ１４０を通過した信号とＡＤＣ１３６から出力される信号とを用いて、誤差マイク１３２が音を受けて出力する誤差信号が最小になるように制御フィルタ１０８を更新するＬＭＳ演算部１５０（Least Mean Square）を有している。アンチエイリアス機能をもつ第３フィルタ１３４ａに加えて、制御帯域制限機能をもつ第３フィルタ１３４ｂをさらに備えてもよい。

二次経路同定フィルタ１４０は、制御フィルタ１０８の出力点ｕから誤差マイク１３２を経てＡＤＣ１３６の出力までの経路の経路特性に対応したフィルタである。ＬＭＳ演算部１５０は、当該経路特性に対応した二次経路同定フィルタ１４０の出力信号と、ＡＤＣ１３６の出力信号とを用いて、誤差マイク１３２が出力する誤差信号が最小になるように制御フィルタ１０８の特性を制御する。なお、この実施形態では、制御フィルタの更新アルゴリズムとしてＬＭＳを使うものとしているが、これには限定されない。例えば、ＦＴＦ（Fast Transversal Filter）など他のアルゴリズムを用いてもよい。

ここで、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６から出力された音は、特性Ｈ_１，Ｈ_２をもつ経路４１，４２を経て合成され（図中３３）参照マイク１００にも到達する。これはハウリングを発生させる。そこで、実施形態の能動消音装置１は、制御フィルタ１０８の出力信号を遅延させる遅延部１６２と、遅延された信号にハウリングの経路４１，４２の特性Ｈ_１，Ｈ_２を含む図中ｕ点から参照マイク１００を通り第１フィルタ１０２、ＡＤＣ１０４を含む経路特性に対応した特性をもつハウリングフィルタ１６４と、ＡＤＣ１０４がデジタルに変換した音信号とハウリングフィルタ１６４の出力とを合成する加算器１０６とを有している。これらの構成により、経路４０により発生するハウリングを防ぐことができる。

（実施形態の動作）
騒音源ｓからの音は、特性Ｇ_２の経路２０を経て参照マイク１００に到達する。このとき、参照マイク１００は、騒音源ｓからの音だけではなく、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６が発生し特性Ｈ_１，Ｈ_２の経路４１，４２を経て到達した音も併せて受け取る。第１フィルタ１０２は、参照マイク１００が受け取った音信号をアンチエイリアス処理し、ＡＤＣ１０４は、第１フィルタ１０２を通過した音信号をデジタル信号に変換する。

加算器１０６は、ＡＤＣ１０４が変換した音信号と制御フィルタ１０８の出力に基づき生成された信号とを合成して制御フィルタ１０８および二次経路同定フィルタ１４０に与える。

制御フィルタ１０８は、入力された音信号を演算して演算結果を第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０に入力する。第１再生フィルタ１１０に与えられた信号は、ＤＡＣ１１２、第２フィルタ１１４を経て第１制御スピーカ１１６から音として出力される。同様に、第２再生フィルタ１２０に与えられた信号は、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４を経て第２制御スピーカ１２６から音として出力される。

誤差マイク１３２は、特性Ｇ_１の経路１０を経て到達する騒音源ｓの音、特性Ｇ_ｅ１の経路３１を経て到達する第１制御スピーカ１１６が出力した音、および、特性Ｇ_ｅ２の経路３２を経て到達する第２制御スピーカ１２６が出力した音を受け取って電気信号（誤差信号）に変換する。誤差マイク１３２が出力した誤差信号は、第３フィルタ１３４ａ、ＡＤＣ１３６を経てＬＭＳ演算部１５０に送られる。

演算部１５０は、二次経路同定フィルタ１４０を経て加算器１０６から送られる信号と、ＡＤＣ１３６から送られる信号とを最小二乗法演算し、演算結果に基づいて制御フィルタ１０８の特性Ｋを制御する。

この実施形態の能動消音装置１では、第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１および第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２が異なる特性となるように構成したので、仮に一方の経路、例えば特性Ｇ_ｅ１をもつ経路３１が反射波等の影響を受ける状況にあっても、異なる特性Ｇ_ｅ２をもつ経路３２により第２制御スピーカ１２６が音信号を発することができる。すなわち、一方の経路特性にノッチや共振特性が生じたとしても、他方の経路特性によって補うことができ、制御フィルタ１０８の適応制御を適切かつ迅速に行うことができる。

（忠実再生フィルタの構築）
続いて、図２ないし図６を参照して、実施形態の能動消音装置１の構築方法について説明する。まず、構築場所において参照マイク１００、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６、および誤差マイク１３２の配置場所を決定する（図３ステップ５０。以下「Ｓ５０」のように称する。）。このとき、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６は、誤差マイク１３２に対して対称な位置に配置せず、各々の経路特性が異なるものとなるように配置する。二つの制御スピーカを誤差マイクに対して対称的に配置すると、それぞれの経路特性におけるノッチ特性が一致してしまい、互いに補完することができなくなるからである。

参照マイク、制御スピーカおよび誤差マイクを所望の位置に配置した後、各制御スピーカの経路を同定する（Ｓ５２）。すなわち、制御フィルタ１０８の出力ｕ点から誤差マイク１３２の入力ｅ点を経てＬＭＳ演算部１５０の入力までの特性を、第１制御スピーカ１１６に係る経路および第２制御スピーカ１２６に係る経路それぞれについて計測する。

具体的には、図４Ａに示すように、ＤＡＣ１１２、第２フィルタ１１４、第１制御スピーカ１１６、誤差マイク１３２のｅ点、第３フィルタ１３４ａ、ＡＤＣ１３６、ＬＭＳ演算部１５１の経路の回路を構築し、ＬＭＳ演算部１５１と並列に適応フィルタｇ_１（適応フィルタ１１０ａ）を設ける。そして、ＬＭＳ演算部１５１を働かせて適応フィルタ１１０ａの出力とＡＤＣ１３６の出力とが等しくなるように適応フィルタ１１０ａの特性ｇ_１を更新する。その結果、特性ｇ_１は、ＤＡＣ１１２からＡＤＣ１３６までの経路特性となる。

同様に、図４Ｂに示すように、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４、第２制御スピーカ１２６、誤差マイク１３２のｅ点、第３フィルタ１３４ａ、ＡＤＣ１３６、ＬＭＳ演算部１５２の経路の回路を構築し、ＬＭＳ演算部１５２と並列に適応フィルタｇ_２（適応フィルタ１２０ａ）を設ける。そして、ＬＭＳ演算部１５２を働かせて適応フィルタ１２０ａの出力とＡＤＣ１３６の出力とが等しくなるように適応フィルタ１２０ａの特性ｇ_２を更新する。その結果、特性ｇ_２は、ＤＡＣ１２２からＡＤＣ１３６までの経路特性となる。これらの特性ｇ_１およびｇ_２は、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６および誤差マイク１３２の位置関係を反映したものとなる。

特性ｇ_１およびｇ_２が得られると、当該特性ｇ_１およびｇ_２を利用して第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０の特性ｈ_１、ｈ_２を求める（Ｓ５４）。具体的には、図５に示すように経路特性をｇ_１，ｇ_２、それぞれ対応して接続された再生フィルタの特性をｈ_１，ｈ_２として、経路特性ｇ_１・再生フィルタｈ_１と経路特性ｇ_２・再生フィルタｈ_２とを並列接続して一方の入力信号Ｉｎを他方の評価点Ｅｖで再現することを考えると、数式１を満たす特性ｈ_１，ｈ_２を求めればよい。ただし、ここではｇ_１，ｇ_２，ｈ_１，ｈ_２を伝達関数として扱っている。

すなわち、第１再生フィルタ１１０の特性ｈ_１は、経路特性ｇ_１，ｇ_２に基づいて計算することができる。同様に、第２再生フィルタ１２０の特性ｈ_２は、経路特性ｇ_１，ｇ_２に基づいて計算することができる。なお、目標応答をｄとしその周波数特性をＤすれば、数式２を満たす特性ｈ_１、ｈ_２を求めることで再生フィルタの特性ｈ_１，ｈ_２を得ることができる。

経路特性ｇ_１およびｇ_２から第１および第２再生フィルタ１１０および１２０それぞれの特性を求める具体的手法としては、例えばＭＩＮＴ法（Multiple-input/output Inverse Theorem:MINT）などの手法や、周波数領域などから計算する手法などを用いることができる。

ここで、第１および第２再生フィルタ１１０，１２０の特性ｈ１，ｈ２の目標特性Ｄは、例えばインパルス応答において、経路特性ｇ_１，ｇ_２のうち距離の短い方の時間遅れよりも長いタップにおいて立ち上がる信号（０，…０，ａ，０，…０）に（離散時間単位インパルス信号を右にシフトした信号に）、使用する第１および第２制御スピーカ１１６，１２６の低域限界とエイリアスフィルタ（第３フィルタ１３４ａ）のカットオフ周波数とを考慮に入れたバンドパスフィルタを通したものとすることが望ましい。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、ＬＭＳ同定（ＬＭＳ演算部１５１，１５２）を用いているが、これには限定されない。例えば、ＴＳＰ同定など同定可能な他の方法を用いてもよい。

第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０の特性ｈ１、ｈ２が得られた後、二次経路の同定をＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘの手法に準じて行う（Ｓ５６）。すなわち、図６に示すように、特性ｈ１の第１再生フィルタ１１０および特性ｈ２の第２再生フィルタ１２０を含めた状態で、第１再生フィルタ１１０、ＤＡＣ１１２、第２フィルタ１１４、第１制御スピーカ１１６、第２再生フィルタ１２０、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４、第２制御スピーカ１２６、誤差マイク１３２のｅ点、第３フィルタ１３４ａ（フィルタ１３４ｂ）、ＡＤＣ１３６、ＬＭＳ演算部１５３の経路の回路を構築し、ＬＭＳ演算部１５３と並列に二次経路同定フィルタ１４０を設ける。そして、ＬＭＳ演算部１５３を働かせて二次経路同定フィルタ１４０の出力とＡＤＣ１３６の出力とが等しくなるように二次経路同定フィルタ１４０の特性を制御して特性Ｃを同定する。この実施形態の能動消音装置１では、二つの制御スピーカを一つの制御スピーカのように動作させている。

ここで、二次経路同定およびＡＮＣ動作に際して、アンチエイリアス機能をもつ第３フィルタ１３４ａに加えて制御帯域調整用フィルタ１３４ｂを追加してもよい。

二次経路同定フィルタ１４０の特性Ｃが得られた後、図２に示す回路構成を構築してＡＮＣ動作を開始する（Ｓ５８）。第１再生フィルタ１１０、第２再生フィルタ１２０にはそれぞれ得られた特性ｈ１、ｈ２を設定し、二次経路同定フィルタ１４０には同定された特性Ｃを設定する。

なお、上記説明した例では、能動消音装置１の基本構成としてフィードフォワード制御に適用しているが、これには限定されない。後述するように、古典フィードバック制御や適応型フィードバック制御など、ＡＮＣ制御手段を問わず二次経路を任意特性に変更する手法に適用することができる。

（動作原理）
図２において、従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ手法の構成、すなわち図２に示す構成から第１再生フィルタ１１０、第２再生フィルタ１２０、ＤＡＣ１２２、第２フィルタ１２４、および第２制御スピーカ１２６を除いた構成の動作について説明する。理想的な制御フィルタ１０８の特性Ｋは、数式３にて表すことができる。

ここで、Ｇ_１は経路１０の経路特性、Ｇ_２は経路２０の経路特性、Ｆ_１は第１フィルタ１０２の特性、Ｇ_Ａ／ＤはＡＤＣ１０４の特性、Ｇ_Ｄ／ＡはＤＡＣ１１２の特性、Ｆ_２は第２フィルタ１１４の特性、Ｇ_ｓ１は第１制御スピーカ１１６の特性、Ｇ_ｅ１は第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性である。

また、二次経路特性Ｃは、数式４にて表すことができる。

数式４を数式３に当てはめると、特性Ｋは数式５のようになる。

すなわち、二次経路特性Ｃが制御フィルタの特性Ｋの分母に含まれることがわかる。従って、例えば二次経路特性にノッチ特性がある場合には、制御フィルタの特性が理想的であっても共振特性が生じ得ることになる。一般に制御フィルタは適応的に更新されるため、実際にはＦＩＲフィルタで構築できないような鋭い共振が発生することはないと考えられるが、その場合でも局所最適解に収束することになるから、本来収束すべき特性を得ることができない。

実施形態の能動消音装置１では、経路特性の異なる制御スピーカを複数設けることにより、仮に一つの制御スピーカの経路特性にノッチ特性が含まれていたとしても、他の制御スピーカの経路特性がそれを補完し、二次経路全体としてはノッチ特性などがない経路特性とすることを可能にする。従って、適応制御フィルタを理想的な制御フィルタに近づけることができる。

（具体例）
続いて、図７〜図１３を参照して、実施形態に係る能動消音装置の具体例について説明する。図７に示すように、０．４ｍ×０．４ｍ×０．４ｍの立方体形状のケース１６０をアクリル板で作成し、騒音源１６２、第１制御スピーカ１１６、第２制御スピーカ１２６、参照マイク１００、および、誤差マイク１３２を配置した。図７に示すように、騒音源１６２と誤差マイク１３２は、ケース１６０の平面方向の概ね対角線上に位置し、それぞれ壁ｃに沿ってｙ軸方向に寄せた位置および壁ａと壁ｂとが交わる角部に配置した。参照マイク１００は、騒音源１６２の音の出口近傍に配置した。第１制御スピーカ１１６は、誤差マイク１３２から−ｘ方向に０．１ｍ、ｙ方向に０．０４ｍ、ｚ方向に０．２ｍの位置に、音の出口を壁ａに向けて配置した。第２制御スピーカ１２６は、誤差マイク１３２から−ｘ方向に０．０４ｍ、ｙ方向に０．２ｍの位置に、音の出口を壁ｂに向けて配置した。

すなわち、第１制御スピーカ１１６および第２制御スピーカ１２６は、誤差マイク１３２を基準に非対称の位置関係に配置され、かつ音の出口方向も異なる方向に向けられている。また、騒音源１６２の後方の壁ｃには吸音材を配設した（図３におけるＳ５０）。

かかる条件下において、アンチエイリアス特性をもつ第３フィルタ１３４ａを備えたままで制御帯域調整用のフィルタ１３４ｂを外した状態として、第１制御スピーカ１１６の経路に係る経路特性ｇ_１および第２制御スピーカ１２６の経路に係る経路特性ｇ_２を測定したところ、図８Ａ〜図８Ｃに示す結果が得られた。図８Ａは、それぞれの周波数特性、図８Ｂ，８Ｃは、インパルス応答特性である。図８Ａに示すように、第１制御スピーカ１１６に係る経路特性ｇ_１と第２制御スピーカ１２６に係る経路特定ｇ_２とは、互いに異なるものとなっている。例えば、図８Ａの１０００Ｈｚ以上の領域において、第２制御スピーカ１２６に係る経路特性ｇ_２ではノッチ特性（利得が減少するピーク）が観察されるが、その周波数における第１制御スピーカ１１６に係る経路特性ｇ_１では利得が大きくなるピークとなっており、互いに補完し得る特性が得られたことがわかる。

また、図８Ｂに示す第１制御スピーカ１１６に係る経路のインパルス応答と図８Ｃに示す第２制御スピーカ１２６に係る経路のインパルス応答から、残響がある空間であることがわかる（図３におけるＳ５２）。

続いて、得られた経路特性ｇ_１，ｇ_２を用いて、ＭＩＮＴ法により第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０を構築した（図３におけるＳ５４）。図９Ａは、参照信号のインパルス応答特性、図９Ｂは、構築した再生フィルタによる再生音のインパルス応答特性、図９Ｃは、構築した再生フィルタの周波数特性である。図９Ａより、ＭＩＮＴ法における目標応答を、９ｔａｐ目において立ち上がり、２００−３５００Ｈｚのバンドパスをかけたものとなるようにした。また、ＭＩＮＴ法における逆行列構成時に特異値２０４８個の中から昇順に１０００個を用いて逆行列を構成した。これにより、再生フィルタの忠実度は低下するが、再生フィルタの不要なゲイン増加を抑えることができる。図９Ｂおよび図９Ｃに示すように、おおよそ目標の応答に形成されていることが確認できた。

次に、二次経路同定を行った（図３におけるＳ５６）。このとき、制御帯域５００−２９００ＨｚのＢＰＦを制御帯域調整フィルタ１３４ｂとして配設した。図１０Ａは、目標応答をフィルタ１３４ｂに通した信号および得られた二次経路同定フィルタ１４０の特性Ｃによる再生音の周波数特性、図１０Ｂは、当該参照音のインパルス応答、図１０Ｃは、当該再生音のインパルス応答を示している。図１０Ａに示すように、２４００Ｈｚ程度まで十分な忠実度が得られていることがわかる。また、図１０Ｂおよび図１０Ｃに示すように、目標通りのインパルス応答が得られていることが分かる。

図１１に最終的な制御結果、図１２に第１制御スピーカ１１６に係る経路のみを用いた場合（従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘシステムと等価）の制御結果を示す（図３におけるＳ５８）。騒音源として白色ノイズを使用した。図１１に示すように、第１および第２制御スピーカを用いた場合は、図１２に示す第１制御スピーカのみを用いた場合と比較して、制御フィルタの適応制御が良好に行われていることがわかる。特に図１２に示す第１制御スピーカのみを用いる場合は、図１１に示す第１および第２制御スピーカを用いる場合と比較して、収束速度が遅く、最終的な収束結果も悪いことが読み取れる。

図１３は、ＡＮＣ制御なし（ＡＮＣ ＯＦＦ）・第１制御スピーカのみ使用（ＡＮＣ ＯＮ 通常）・第１および第２制御スピーカを使用（ＡＮＣ ＯＮ 提案）、の三つのパターンについて周波数特性を比較した結果を示している。図１３に示すように、第１および第２制御スピーカを使う場合の方が、高い制御効果が得られていることがわかる。

なお、この実施形態においては、制御スピーカを二つ設けるものとして説明したが、これには限定されない。二以上の制御スピーカを備えてもよい。この実施形態の能動消音装置によれば、経路特性を変えた複数の制御スピーカを備えたので、制御フィルタの制御を効果的に行うことができる。

（第２の実施形態の構成）
続いて、図１４を参照して、第２の実施形態の能動消音装置について説明する。図１４に示す能動消音装置２は、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘなどのフィードフォワード方式ではなく、フィードバック方式を利用したものである。

すなわち、この実施形態の能動消音装置２は、第１の実施形態の能動消音装置から、参照マイク１００、第１フィルタ１０２、ＡＤＣ１０４、逆演算部１６２、ハウリングフィルタ１６４、二次経路同定フィルタ１４０およびＬＭＳ演算部１５０を省き、制御フィルタ１０８に代えてフィードバック制御部２０８を備えたものである。以下の説明において、図２に示す第１の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図１４に示すように、この実施形態の能動消音装置２においても、第１の実施形態と同様に、フィードバック制御部２０８から第１制御スピーカ１１６までの構成と、フィードバック制御部２０８から第２制御スピーカ１２６までの構成はそれぞれ対応し、共通の構成を有している。そして、第１の実施形態と同様に、第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１および第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２は、互いに異なる特性となるように構成されている。従って、第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０は異なる特性を有している。なお、前述の通り、第１制御スピーカ１１６の特性Ｇ_ｓ１と第２制御スピーカ１２６の特性Ｇ_ｓ２とを異なる特性としてもよい。

この実施形態の能動消音装置２においても、経路特性の異なる制御スピーカの経路を複数設けることにより、仮に一つの制御スピーカの経路特性にノッチ特性が含まれていたとしても、他の制御スピーカの経路特性がそれを補完し、二次経路全体としてはノッチ特性などがない経路特性とすることを可能にする。従って、ノッチや共振がない二次経路特性をもとにフィードバックコントローラを設計することができる。すなわち、設計が容易になるとともに低次のフィルタでの制御を実現することができる。

（第３の実施形態の構成）
続いて、図１５を参照して、第３の実施形態の能動消音装置について説明する。図１５に示す能動消音装置３は、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘなどのフィードフォワード方式ではなく、適応型フィードバック方式を利用したものである。

すなわち、この実施形態の能動消音装置３は、第１の実施形態の能動消音装置から、参照マイク１００、第１フィルタ１０２、ＡＤＣ１０４、加算器１０６、逆演算部１６２およびハウリングフィルタ１６４を省き、二次経路同定フィルタ１４０に対応する二次経路同定フィルタ３４１と、制御フィルタ１０８の出力を入力に帰還する二次経路同定フィルタ３４２とを備えたものである。また、この実施形態の能動消音装置３は、図１５に示すように、ＡＤＣ１３６の出力から二次経路同定フィルタ３４２の出力を減じて得た推定騒音信号を制御フィルタ１０８の入力信号とする構成を有している。以下の説明において、図２に示す第１の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図１５に示すように、この実施形態の能動消音装置３においても、第１の実施形態と同様に、制御フィルタ１０８から第１制御スピーカ１１６までの構成と、制御フィルタ１０８から第２制御スピーカ１２６までの構成はそれぞれ対応し、共通の構成を有している。ただし、第１の実施形態と同様に、第１制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性Ｇ_ｅ１および第２制御スピーカ１２６から誤差マイク１３２までの経路３２の特性Ｇ_ｅ２は、異なる特性となるように構成されている。従って、第１再生フィルタ１１０および第２再生フィルタ１２０は異なる特性を有している。なお、前述の通り、第１制御スピーカ１１６の特性Ｇ_ｓ１と第２制御スピーカ１２６の特性Ｇ_ｓ２とを異なる特性としてもよい。

この実施形態の能動消音装置３においても、経路特性の異なる制御スピーカの経路を複数設けることにより、仮に一つの制御スピーカの経路特性にノッチ特性が含まれていたとしても、他の制御スピーカの経路特性がそれを補完し、二次経路全体としてはノッチ特性などがない経路特性とすることを可能にする。従って、理想的な制御フィルタに適応制御フィルタを近づけることができる。

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。

１…能動消音装置、１００…参照マイク、１０２…第１フィルタ、１０４…ＡＤＣ、１０６…加算器、１０８…制御フィルタ、１１０…第１再生フィルタ、１１２，１２２…ＤＡＣ、１１４，１２４…第２フィルタ、１１６…第１制御スピーカ、１２６…第２制御スピーカ、１３２…誤差マイク、１３４…第３フィルタ、１３６…ＡＤＣ、１４０…二次経路同定フィルタ、１５０…ＬＭＳ演算部。

Claims (9)

1. 消音の対象となる制御対象音を空間上で低減する消音装置であって、
   前記制御対象音を参照信号に変換する参照マイクと、
   前記制御対象音を含む前記空間上の音を誤差信号に変換する誤差マイクと、
   前記参照信号を変換して前記制御対象音を打ち消すための制御信号を生成する制御フィルタと、
   前記参照信号と前記誤差信号とに基づいて前記制御フィルタの変換特性を制御するフィルタ更新部と、
   第１の駆動信号に基づいて前記空間に音を発する第１の制御スピーカと、
   第２の駆動信号に基づいて前記空間に音を発する第２の制御スピーカと、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記制御信号を前記第１の駆動信号に変換する第１の再生フィルタと、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記第１の再生フィルタとは異なる特性で前記制御信号を前記第２の駆動信号に変換する第２の再生フィルタと、
   を具備する、消音装置。
2. 消音の対象となる制御対象音を空間上で低減する消音装置であって、
   前記制御対象音を含む前記空間上の音を誤差信号に変換する誤差マイクと、
   前記誤差信号に基づいて前記制御対象音を打ち消すための制御信号を生成する制御信号生成部と、
   第１の駆動信号に基づいて前記空間に音を発する第１の制御スピーカと、
   第２の駆動信号に基づいて前記空間に音を発する第２の制御スピーカと、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記制御信号を前記第１の駆動信号に変換する第１の再生フィルタと、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記第１の再生フィルタとは異なる特性で前記制御信号を前記第２の駆動信号に変換する第２の再生フィルタと、を具備し、
   前記制御信号生成部が、
   前記第１の再生フィルタおよび前記第２の再生フィルタの入力から前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記制御信号を変換するフィードバックフィルタと、
   前記誤差信号から前記フィードバックフィルタにより変換された信号を引いた推定騒音信号を変換して前記制御信号を生成する制御フィルタと、
   前記推定騒音信号と前記誤差信号とに基づいて前記制御フィルタの変換特性を制御するフィルタ更新部と、
   を具備する、消音装置。
3. 前記第１および第２の再生フィルタは、
   離散時間単位インパルス信号が前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路のうち時間遅れの短い経路に対応する時間遅れよりも大きい時間遅らせるように設定され、
   前記離散時間単位インパルス信号を少なくとも第１および第２の制御スピーカの低域出力限界周波数を考慮したバンドパスフィルタに通過させた特性を目標応答にする請求項１または２記載の消音装置。
4. 前記誤差マイクが変換した誤差信号の帯域を調整して前記制御フィルタの制御帯域を制御する制御帯域調整フィルタをさらに具備し、
   前記第１の再生フィルタおよび前記第２の再生フィルタの入力から前記誤差マイクまでの経路は、前記第１の再生フィルタおよび前記第２の再生フィルタの入力から前記誤差マイクを経て前記制御帯域調整フィルタまでの経路である請求項１または２記載の消音装置。
5. 前記第１および第２の制御スピーカは、前記誤差マイクや前記空間の空間特性を基準として非対称となる位置に配置される請求項１または２記載の消音装置。
6. 前記第１の再生フィルタおよび前記第２の再生フィルタの入力から前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記参照信号を変換する二次経路フィルタをさらに備え、
   前記フィルタ更新部が、前記二次経路フィルタにより変換された信号と前記誤差信号とに基づいて前記制御フィルタの変換特性を制御する、請求項１記載の消音装置。
7. 前記第１の再生フィルタおよび前記第２の再生フィルタの入力から前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記推定騒音信号を変換する二次経路フィルタをさらに備え、
   前記フィルタ更新部が、前記二次経路フィルタにより変換された信号と前記誤差信号とに基づいて前記制御フィルタの変換特性を制御する、請求項２記載の消音装置。
8. 参照マイク、誤差マイク、第１の駆動信号に基づいて空間に音を発する第１の制御スピーカ、第２の駆動信号に基づいて前記空間に音を発する第２の制御スピーカを有する消音装置を用いて、消音の対象となる制御対象音を前記空間上で低減する消音方法であって、
   前記参照マイクを用いて前記制御対象音を参照信号に変換し、
   前記誤差マイクを用いて前記制御対象音を含む前記空間上の音を誤差信号に変換し、
   前記参照信号を変換して前記制御対象音を打ち消すための制御信号を生成し、
   前記参照信号と前記誤差信号とに基づいて前記制御信号の生成における変換特性を制御し、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記制御信号を前記第１の駆動信号に変換し、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記第１の駆動信号への変換とは異なる特性で前記制御信号を前記第２の駆動信号に変換してなる、消音方法。
9. 誤差マイク、第１の駆動信号に基づいて空間に音を発する第１の制御スピーカ、第２の駆動信号に基づいて前記空間に音を発する第２の制御スピーカを有する消音装置を用いて、消音の対象となる制御対象音を前記空間上で低減する消音方法であって、
   前記誤差マイクを用いて前記制御対象音を含む前記空間上の音を誤差信号に変換し、
   前記誤差信号に基づいて前記制御対象音を打ち消すための制御信号を生成し、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記制御信号を前記第１の駆動信号に変換し、
   前記第１の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性および前記第２の制御スピーカから前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記第１の駆動信号への変換とは異なる特性で前記制御信号を前記第２の駆動信号に変換し、
   前記制御信号の生成は、
   前記第１の駆動信号への変換の入力および前記第２の駆動信号への変換の入力から前記誤差マイクまでの経路特性に基づき前記制御信号の変換し、
   前記誤差信号から前記制御信号の変換により変換された信号を引いた推定騒音信号を変換して前記制御信号を生成し、
   前記推定騒音信号と前記誤差信号とに基づいて前記推定騒音信号の変換特性を制御する、消音方法。

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