JP6961528B2 - 能動騒音制御装置及び能動騒音制御方法 - Google Patents
能動騒音制御装置及び能動騒音制御方法 Download PDFInfo
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Description
最初に、本実施形態に係る能動騒音制御装置の構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る能動騒音制御装置の概要図である。図1に示されるように、能動騒音制御装置1は、例えば、医療施設における他床室において患者HM1(対象者の一例)の音環境を改善するために用いられる。医療施設においては、一般的に就寝時間が決められており、眠りにくさに影響を与える音環境を排除することが望まれている。他床室における騒音の1つは他の患者HM2のいびき音である。いびき音は音量が大きく、ブラウンノイズによるマスキングでは十分な効果を得ることができない。また、他床室であるが故に、壁などで区画することによるパッシブな遮音も困難である。このため、能動騒音制御装置1は、患者HM1が聴き取るいびき音を、制御音を用いて患者HM1の耳元で低減させる場合に好適に採用することができる。能動騒音制御装置1が減音の目標とする位置は、患者HM1の両耳に対応する第1制御点P1及び第2制御点P2である。
2チャンネルの能動騒音制御は、参照マイク2、第1誤差マイク3及び第2誤差マイク4のそれぞれの検出信号に基づいてスピーカごとにフィルタを構成し、参照マイク2の検出信号及びスピーカごとのフィルタに基づいて第1制御音及び第2制御音を制御する。フィルタとは、設定されたフィルタ係数に基づいて入力信号に対して信号処理を行って、出力信号を生成するものであり、例えばFIR(Finite Impulse Response)フィルタが用いられる。
図3は、2チャンネルの能動騒音制御の座標系を説明する図である。図3に示されるように、数式(1)におけるΔrは両耳の距離間隔、θは顔正面を基準としたスピーカの傾き角である。
1チャンネルの能動騒音制御は、クロストークを考慮する必要がないため、制御音源と誤差マイクとの間の伝達関数が行列とはならず、その逆数も定数となる。つまり、どの周波数帯域においても伝達関数の逆数が定数になることから、2チャンネルの能動騒音制御で説明したような制限は存在しない。しかし、1チャンネルの能動騒音制御は、2チャンネルの能動騒音制御と比較すると、複数の制御点を持たないため、両耳それぞれに異なる音を出力することができない。そして、高周波数の制御音になるほど波長が短くなるので制御音でカバーできる制御領域が短くなる。このため、1チャンネルの能動騒音制御は、両耳をカバーできる程度に低周波数域で動作させる必要がある。
上述したとおり、2チャンネルの能動騒音制御は、第1周波数域A1で動作させることで、好適な減音効果を得ることができる。しかし、2チャンネルの能動騒音制御は、第2周波数領域A2において、音レベルが0[dB]を超えた値となる。上述したとおり、1チャンネルの能動騒音制御は、低周波になるほど波長が長くなることから、低周波数域での動作に向いており、制御も簡易である。このため、参照マイク2の検出信号の周波数に応じて2チャンネルの能動騒音制御と1チャンネルの能動騒音制御とを使い分けることにより、減音効果を最大化させることができる。
以下、2チャンネルの能動騒音制御と1チャンネルの能動騒音制御とを1つの装置で実現するDSPデバイス7の詳細について説明する。DSPデバイス7は、2チャンネルの能動騒音制御用の第1制御部8(図6)と、1チャンネルの能動騒音制御用の第2制御部9(図7)とを備える。図6は、図1中の能動騒音制御装置が備える第1制御部を示すブロック図である。図7は、図1中の能動騒音制御装置が備える第2制御部を示すブロック図である。つまり、図6及び図7において、参照マイク2、第1誤差マイク3、第2誤差マイク4、第1スピーカ5及び第2スピーカ6は同一(共通して使用されるもの)である。
続いて第1スピーカ5と第2スピーカ6との配置位置について一例を説明する。図8は、制御音源の配置位置を説明する図である。図8に示されるように、第1スピーカ5及び第2スピーカ6は、患者HM1の軸線(2つの誤差マイクの中点)を中心として対称に配置される。第1スピーカ5及び第2スピーカ6の向きによって規定される開き角をθとすると、低周波数域での減音効果を考慮してθ=180°にしてもよい。
DSPデバイス7は、フィルタを用いて、参照マイク2の検出信号の周波数が所定閾値以上の周波数で第1制御部8を動作させ、参照マイク2の検出信号の周波数が所定閾値未満の周波数で第2制御部9を動作させてもよい。
上述した第1制御部8及び第2制御部9を動作させることにより、能動騒音制御方法が実行される。第1制御部8は、上述のとおり、参照マイク2、第1誤差マイク3及び第2誤差マイク4のそれぞれの検出信号に基づいてスピーカごとにフィルタを構成し、参照マイク2の検出信号及びスピーカごとのフィルタに基づいて第1制御音及び第2制御音を制御する(第1制御ステップの一例)。第2制御部9は、上述のとおり、第1誤差マイク3の誤差信号e1(t)と第2誤差マイク4の誤差信号e2(t)とを加算した加算信号e(t)と、騒音信号x(t)とに基づいて、第1スピーカ5及び第2スピーカ6に共通のフィルタ(共通制御フィルタWL)を構成し、騒音信号x(t)と共通のフィルタによって出力される信号を第1スピーカ5及び第2スピーカ6に分岐させて、第1制御音及び第2制御音を制御する(第2制御ステップの一例)。第1制御ステップ及び第2制御ステップは、参照マイクの検出信号の周波数に応じて何れか一方が実行される。
以上、本実施形態に係る能動騒音制御装置1及び能動騒音制御方法では、第1制御部8により、2チャンネルの制御(ステレオ制御)が行われる。また、第2制御部9により、2チャンネルの構成上において1チャンネルの制御(モノラル制御)が行われる。このため、装置構成を変更することなく、参照マイク2の検出信号の周波数に応じてステレオ制御とモノラル制御とを切り替えることができる。騒音の周波数に応じて制御の切り替えることにより、騒音の周波数に適した能動騒音制御をすることができる。
Claims (6)
- 対象者が聴き取る騒音を、制御音を用いて低減させる能動騒音制御装置であって、
騒音源からの騒音を検出する参照マイクと、
前記対象者の右耳へ向けて第1制御音を出力する第1制御音源と、
前記対象者の左耳へ向けて第2制御音を出力する第2制御音源と、
前記参照マイクの検出信号に基づいて前記第1制御音源及び前記第2制御音源を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記参照マイクの検出信号の周波数が所定閾値以上の周波数の場合には制御音源ごとに構成されたフィルタを用いて前記第1制御音源及び前記第2制御音源の制御音を制御するステレオ制御を実行し、前記参照マイクの検出信号の周波数が前記所定閾値未満の周波数の場合には1つのフィルタを用いて前記第1制御音源及び前記第2制御音源の制御音の少なくとも一方を制御するモノラル制御を実行し、
前記所定閾値は、前記第1制御音源から前記対象者の右耳までの誤差経路に対する前記第2制御音源から前記対象者の右耳までの誤差経路の位相遅れが90°以下となる周波数である、
能動騒音制御装置。 - 前記フィルタは固定フィルタである、請求項1に記載の能動騒音制御装置。
- 前記対象者の耳元に配置された第1誤差マイク及び第2誤差マイクをさらに備え、
前記制御部は、前記参照マイクの検出信号と前記第1誤差マイクの検出信号と前記第2誤差マイクの検出信号とに基づいて、適応アルゴリズムによって前記フィルタのフィルタ係数を調整する、請求項1に記載の能動騒音制御装置。 - 前記所定閾値は、前記第1制御音源から前記対象者の右耳までの誤差経路に対する前記第2制御音源から前記対象者の右耳までの誤差経路の位相遅れが30°となる周波数である、請求項1〜3の何れか一項に記載の能動騒音制御装置。
- 前記騒音はいびき音である、請求項1〜4の何れか一項に記載の能動騒音制御装置。
- 対象者が聴き取る騒音を、第1制御音源及び第2制御音源の制御音を用いて低減させる能動騒音制御方法であって、
騒音源からの騒音を検出する参照マイクの検出信号及び制御音源ごとのフィルタに基づいて前記第1制御音源及び前記第2制御音源の制御音を制御する第1制御ステップと、
前記参照マイクの検出信号及び1つのフィルタに基づいて前記第1制御音源及び前記第2制御音源の制御音の少なくとも一方を制御する第2制御ステップと、
を有し、
前記参照マイクの検出信号の周波数が所定閾値以上の周波数の場合には前記第1制御ステップが実行され、前記参照マイクの検出信号の周波数が前記所定閾値未満の周波数の場合には前記第2制御ステップが実行され、
前記所定閾値は、前記第1制御音源から前記対象者の右耳までの誤差経路に対する前記第2制御音源から前記対象者の右耳までの誤差経路の位相遅れが90°以下となる周波数である、
能動騒音制御方法。
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