JP7083576B2

JP7083576B2 - 能動型騒音制御システム及び車載オーディオシステム

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Publication number: JP7083576B2
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Inventors: 良輔田地; 嘉延梶川
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Description

本発明は、騒音を打ち消すキャンセル音を放射することにより騒音を低減する能動型騒音制御(ANC;Active Noise Control）の技術に関するものである。

騒音を打ち消すキャンセル音を放射することにより騒音を低減する能動型騒音制御の技術としては、キャンセル音を放射するスピーカと、ユーザの耳の位置の近傍に配置したマイクロフォンと、騒音源で発生する騒音を疑似した信号に、設定した伝達関数を施してキャンセル音を生成する適応フィルタとを設け、適応フィルタにおいて、マイクロフォンの出力をエラー信号として伝達関数を設定することにより、ユーザの耳の位置の近傍のマイクロフォンの位置において騒音をキャンセルするキャンセル音が生成されるように伝達関数を適応的に設定する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

また、さらに、このような技術において、騒音源からユーザの耳の位置までの伝達関数と騒音源からマイクロフォンまでの伝達関数の差と、スピーカからユーザの耳の位置までの伝達関数とスピーカからマイクロフォンまでの伝達関数の差とを予め求めておき、求めておいた各伝達関数の差を用いて、ユーザの耳の位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を生成する伝達関数が適応フィルタにおいて設定されるように、エラー信号を補正する技術も知られている（同特許文献１）。

特開平６-１９５０８９号公報

上述したユーザの耳の位置において騒音がキャンセルされる伝達関数が適応フィルタにおいて設定されるように、エラー信号を補正する技術によれば、予め求めた騒音源からユーザの耳の位置までの伝達関数と騒音源からマイクロフォンまでの伝達関数の差を用いてエラー信号を補正するため、騒音源からユーザの耳の位置までの伝達関数や、騒音源からマイクロフォンまでの伝達関数が変化すると、適応フィルタにおいて伝達関数を適切に設定することができなくなり、ユーザの耳の位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を生成できなくなる。

そこで、本発明は、ユーザの耳の位置の近傍に配置したマイクロフォンを用いて、ユーザの耳の位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を生成しスピーカから出力する能動型騒音制御システムにおいて、生成するキャンセル音を、騒音源からユーザの耳の位置までの伝達関数や騒音源からマイクロフォンまでの伝達関数の変化に適応させることを課題とする。

また、本発明は、併せて、このような能動型騒音制御システムを適用した車載オーディオシステムを提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、騒音を低減する能動型騒音制御装置に、所定の騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を出力するスピーカと、前記騒音と前記キャンセル音との合成音をピックアップし、誤差信号として出力するマイクロフォンと、前記スピーカから出力されるキャンセル音を生成するキャンセル音生成部とを備えたものである。ここで、前記キャンセル音生成部は、前記騒音の騒音源が発生する騒音を表す信号である騒音信号を入力とする適応フィルタと、前記適応フィルタの出力を入力とし、前記キャンセル音を出力する第１フィルタと、前記適応フィルタの出力を入力とする第２フィルタとを有する。また、前記適応フィルタは、前記マイクロフォンの出力と前記第２フィルタの出力の差をエラーとして、所定の適応アルゴリズムによって当該適応フィルタの伝達関数を更新する。そして、前記第１のフィルタには、第１フィルタ用伝達関数が設定されており、かつ、当該第１フィルタ用伝達関数は、所定の標準状態において、前記騒音信号に当該第１フィルタ用伝達関数を施した音を前記キャンセル音として前記キャンセル音生成部において生成したときに、前記騒音キャンセル位置において騒音がキャンセルされるように設定されている。また、前記第２のフィルタには、第２フィルタ用伝達関数が設定されており、かつ、当該第２フィルタ用伝達関数は、前記所定の標準状態において、前記適応フィルタの伝達関数を入力をそのまま出力とする伝達関数としたときに、前記エラーが、前記騒音キャンセル位置に配置した仮想のマイクロフォンの出力となるように設定されている。

また、前記課題達成のために、本発明は、騒音を低減する能動型騒音制御装置に、所定の騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を出力するスピーカと、前記騒音と前記キャンセル音との合成音をピックアップし、誤差信号として出力するマイクロフォンと、前記スピーカから出力されるキャンセル音を生成するキャンセル音生成部とを備えたものである。ここで、前記キャンセル音生成部は、前記騒音の騒音源が発生する騒音を表す信号である騒音信号を入力とする適応フィルタと、前記適応フィルタの出力を入力とし、前記キャンセル音を出力する第１フィルタと、前記適応フィルタの出力を入力とする第２フィルタとを有する。また、前記適応フィルタは、前記マイクロフォンの出力と前記第２フィルタの出力の差をエラーとして、所定の適応アルゴリズムによって当該適応フィルタの伝達関数を更新する。そして、前記第１のフィルタには、所定の学習処理によって学習された第１フィルタ用伝達関数が設定されており、前記第２のフィルタには、前記学習処理によって学習された第２フィルタ用伝達関数が設定されている。ここで、前記第１フィルタ用伝達関数は、前記学習処理実行時点における、前記騒音源から前記騒音キャンセル位置までの伝達関数をV(z)、前記キャンセル音生成部から前記騒音キャンセル位置までの伝達関数をSv(z)として、"-V(z)/Sv(z)"であり、前記第２フィルタ用伝達関数は、前記学習処理実行時点における、前記騒音源から前記マイクロフォンまでの伝達関数をP(z)、前記キャンセル音生成部から前記マイクロフォンまでの伝達関数をS(z)として、"P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)"である。

また、前記課題達成のために、本発明は、騒音を低減する能動型騒音制御装置に、所定の騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を出力するスピーカと、前記騒音と前記キャンセル音との合成音をピックアップし、誤差信号として出力するマイクロフォンと、前記スピーカから出力されるキャンセル音を生成するキャンセル音生成部とを備えたものである。ここで、前記キャンセル音生成部は、前記騒音の騒音源が発生する騒音を表す信号である騒音信号を入力とする適応フィルタと、前記適応フィルタの出力を入力とし、前記キャンセル音を出力する第１フィルタと、前記適応フィルタの出力を入力とする第２フィルタとを有する。また、前記適応フィルタは、前記マイクロフォンの出力と前記第２フィルタの出力の差をエラーとして、所定の適応アルゴリズムによって当該適応フィルタの伝達関数を更新する。そして、前記第１のフィルタには、所定の学習処理によって学習された第１フィルタ用伝達関数が設定されており、前記第２のフィルタには、前記学習処理によって学習された第２フィルタ用伝達関数が設定されている。ここで、前記学習処理は、前記キャンセル音生成部を、前記騒音信号に第１の伝達関数を施した音を前記キャンセル音として生成する第１学習部に置き換えた構成において、前記騒音キャンセル位置において騒音がキャンセルされる前記第１の伝達関数を、前記第１フィルタ用伝達関数として学習し、前記キャンセル音生成部を、前記騒音信号に第１フィルタ用伝達関数を施した音を前記キャンセル音として生成する第２学習部に置き換えた構成において、前記マイクロフォンの出力と、前記騒音信号に第２の伝達関数を施した音との差が無くなる前記第２の伝達関数を前記第２フィルタ用伝達関数として学習する処理である。

ここで、以上のような前記第１のフィルタに学習処理によって学習された第１フィルタ用伝達関数が設定されており、前記第２のフィルタに学習処理によって学習された第２フィルタ用伝達関数が設定されている能動型騒音制御装置には、当該学習処理を実行して、前記第１フィルタ用伝達関数を前記第１フィルタに設定し、前記第２フィルタ用伝達関数を第２フィルタに設定する学習処理実行部を設けるようにしてもよい。

ここで、本発明は、併せて、以上の能動型騒音制御装置を備えた、自動車に搭載される車載オーディオシステムも提供する。ここで、この車載オーディオシステムは、前記自動車の車内にオーディオを放射する、自動車の第１のシートに搭乗するユーザ用のオーディオ装置を備えている。そして、前記騒音は前記オーディオ装置が放射するオーディオであり、前記騒音信号は、前記オーディオ装置の音源が出力するオーディオ信号であり、前記騒音キャンセル位置は、前記自動車の第２のシートに搭乗するユーザの耳の位置であり、前記マイクロフォンは、前記第２のシートに搭乗したユーザの耳の位置の近傍となる位置に配置されている。

以上のような能動型騒音制御装置や車載オーディオシステムによれば、後に詳述するように、騒音源から騒音キャンセル位置までの伝達関数と、騒音源からマイクロフォンまでの伝達関数が同様に変化しても、これに適応し、騒音キャンセル位置において、騒音をキャンセル音でキャンセルすることができる。

以上のように、本発明によれば、ユーザの耳の位置の近傍に配置したマイクロフォンを用いて、ユーザの耳の位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を生成しスピーカから出力する能動型騒音制御システムにおいて、生成するキャンセル音を、騒音源からユーザの耳の位置までの伝達関数や騒音源からマイクロフォンまでの伝達関数の変化に適応させることができる。

また、本発明によれば、このような能動型騒音制御システムを適用した車載オーディオシステムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るオーディオシステムの構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るスピーカとマイクロフォンの配置を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係るフロント用キャンセル装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る学習の第１段階を示す図である。本発明の実施形態に係る学習の第２段階を示す図である。本発明の実施形態に係るフロント用キャンセル装置の他の構成例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るオーディオシステムの他の構成例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るオーディオシステムの他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、自動車に搭載されたオーディオシステムへの適用を例にとり説明する。
図１に、本実施形態に係るオーディオシステムの構成を示す。
図示するように、オーディオシステムは、フロント用音源装置１１、フロント用信号処理部１２、フロント用合成部１３、フロント用スピーカ１４、フロント用キャンセル装置１５、フロント用マイクロフォン１６を備えている。

また、オーディオシステムは、リア用音源装置２１、リア用信号処理部２２、リア用合成部２３、リア用スピーカ２４、リア用キャンセル装置２５、リア用マイクロフォン２６を備えている。

ここで、フロント用スピーカ１４は、自動車のフロントシートに搭乗したユーザであるフロントユーザ用のスピーカであり、たとえば、図２ａに示すように、フロントシートのヘッドレストの横の位置等に配置される。また、図２ａに示すように、フロント用マイクロフォン１６は、フロントシートのヘッドレスト等の、フロントシートに搭乗したユーザの耳の位置の近傍となる位置に配置されている。

また、リア用スピーカ２４は、自動車のリアシートに搭乗したユーザであるリアユーザ用のスピーカであり、たとえば、図２ａに示すように、リアシートのヘッドレストの横の位置等に配置される。また、リア用マイクロフォン２６は、図２ａに示すように、リアシートのヘッドレスト等の、リアシートに搭乗したユーザの耳の位置の近傍となる位置に配置されている。

図１に戻り、フロント用音源装置１１は、ミュージックプレイヤやラジオ等の、フロントユーザが聴取するオーディオの音源となる装置であり、フロント用信号処理部１２は、イコライザなどのフロント用音源装置１１から出力されたオーディオに所定の信号処理を施し出力する装置である。

また、リア用音源装置２１は、ミュージックプレイヤやラジオ等の、リアユーザが聴取するオーディオの音源となる装置であり、リア用信号処理部２２は、イコライザなどのリア用音源装置２１から出力されたオーディオに所定の信号処理を施す装置である。

そして、フロント用キャンセル装置１５は、フロント用マイクロフォン１６でピックアップした音声と、リア用音源装置２１から出力されたオーディオとから、フロント用キャンセル音を生成して出力し、フロント用合成部１３は、フロント用信号処理部１２が出力するオーディオと、フロント用キャンセル装置１５が出力するフロント用キャンセル音とを合成し、フロント用スピーカ１４から出力する。

また、リア用キャンセル装置２５は、リア用マイクロフォン２６でピックアップした音声と、フロント用音源装置１１から出力されたオーディオとから、リア用キャンセル音を生成して出力し、リア用合成部２３は、リア用信号処理部２２が出力するオーディオと、リア用キャンセル装置２５が出力するリア用キャンセル音とを合成し、リア用スピーカ２４から出力する。

ここで、リア用スピーカ２４から伝達されるリア用音源装置２１が音源のオーディオはフロントユーザにとって騒音であり、フロント用スピーカ１４から伝達されるフロント用音源装置１１が音源のオーディオはリアユーザにとって騒音となる。

また、フロントユーザの耳の位置が、フロントユーザにとっての騒音をキャンセルすべき騒音キャンセル位置となり、リアユーザの耳の位置が、リアユーザにとっての騒音をキャンセルすべき騒音キャンセル位置となる。

そして、フロント用キャンセル装置１５が生成し出力するフロント用キャンセル音は、フロントユーザの耳の位置で、リア用スピーカ２４から伝達されるオーディオ(騒音）をキャンセルする音であり、リア用キャンセル装置２５が生成し出力するリア用キャンセル音は、リアユーザの耳の位置で、フロント用スピーカ１４から伝達されるオーディオ(騒音）をキャンセルする音である。

次に、フロント用キャンセル装置１５の構成を図３に示す。
図示するように、フロント用キャンセル装置１５は、可変フィルタ１５１、適応アルゴリズム実行部１５２、伝達モデル１５３、第１フィルタ１５４、第２フィルタ１５５、減算器１５６を備えている。
そして、予め行われる学習処理によって第１フィルタ１５４には伝達関数"-V(z)/Sv(z)"が設定されており、第２フィルタ１５５には、学習処理によって伝達関数"P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)"が設定されている。
なお、この学習処理については後に詳述する。

ただし、図１に示すように、A(z)V(z)は現在のリア用音源装置２１からフロントユーザの耳までの伝達関数、A(z)P(z)は現在のリア用音源装置２１からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数、Sv(z)はフロント用キャンセル装置１５からフロントユーザの耳までの伝達関数、S(z)はフロント用キャンセル装置１５からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数とする。

また、V(z)は上述した学習処理実行時のリア用音源装置２１からフロントユーザの耳までの伝達関数、P(z)は上述した学習処理実行時のリア用音源装置２１からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数とする。
ここで、リア用音源装置２１からフロントユーザの耳までの伝達関数V(z)や、リア用音源装置２１からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数P(z)は、フロントシートやリアシートの移動やフロント用信号処理部１２で行う信号処理の内容の変更（イコライザ設定の変更や、遅延時間の変更等）によって同様に変化し、A(z)は、この伝達関数の変化分を表す。
一方、フロント用キャンセル装置１５からフロントユーザの耳までの伝達関数Sv(z)、フロント用キャンセル装置１５からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数S(z)は、フロント用スピーカ１４とフロントユーザの耳の位置やフロント用マイクロフォン１６との位置関係がおよそ一定であるので変化しないものとみなすことができる。

さて、X(z)をリア用音源装置２１が出力するオーディオ、FC(z)をフロント用キャンセル装置１５が生成し出力するフロント用キャンセル音、H(z)を可変フィルタ１５１の伝達関数として、リア用音源装置２１からフロント用キャンセル装置１５に入力したオーディオX(z)は、可変フィルタ１５１と第１フィルタ１５４を通ってフロント用キャンセル音FC(z)として、フロント用合成部１３を介してフロント用スピーカ１４に出力される。

また、リア用音源装置２１からフロント用キャンセル装置１５に入力したオーディオX(z)は、可変フィルタ１５１と第２フィルタ１５５とを通って減算器１５６に送られ、減算器１５６はフロント用マイクロフォン１６でピックアップした音から第２フィルタ１５５の出力を減算し、エラーEH(z)として、適応アルゴリズム実行部１５２に出力する。

次に、可変フィルタ１５１と適応アルゴリズム実行部１５２と伝達モデル１５３は（Filtered-X）適応フィルタを構成しており、伝達モデル１５３は、予め設定されている、フロント用キャンセル装置１５からフロント用マイクロフォン１６までの位相遅延等の伝搬特性S^(z)を、リア用音源装置２１からフロント用キャンセル装置１５に入力したオーディオX(z)に畳み込んで、適応アルゴリズム実行部１５２に入力する。

そして、適応アルゴリズム実行部１５２は、伝達モデル１５３で伝搬特性S^(z)が畳み込まれたオーディオX(z)とエラーEH(z)とを入力として、NLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、エラーEH(z)が０となるように可変フィルタ１５１の伝達関数H(z)を設定する。

ここで、フロント用マイクロフォン１６でピックアップされる音は、フロント用マイクロフォン１６の位置に伝達されるリア用音源装置２１が音源のオーディオに、フロント用マイクロフォン１６の位置に伝達されるフロント用キャンセル音を加算した
{A(z)P(z)}X(z)-{H(z)V(z)S(z)/Sv(z)}X(z)
であるので、
EH(z)=
{A(z)P(z)-H(z)V(z)S(z)/Sv(z)}X(z)-《H(z)[P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)]》X(z)
となり、EH(z)が最小となるように可変フィルタ１５１の伝達関数H(z)を設定する適応アルゴリズムの実行により、
H(z)=A(z)
に、可変フィルタ１５１の伝達関数は設定される。

そして、フロントユーザの耳の位置における、リア用音源装置２１が音源のオーディオとフロント用キャンセル音との差Ev(z)は、フロントユーザの耳の位置に伝達されるリア用音源装置２１が音源のオーディオに、フロントユーザの耳の位置に伝達されるフロント用キャンセル音を加算した
Ev(z)={A(z)V(z)｝X(z)-｛H(z)V(z)Sv(z)/Sv(z)}X(z)
となるので、
H(z)=A(z)のとき、
Ev(z)=0となる。

したがって、以上のフロント用キャンセル装置１５により、フロントユーザの耳の位置において、リア用音源装置２１が音源のオーディオを、フロント用キャンセル音でキャンセルすることができる。

また、以上のフロント用キャンセル装置１５により、リア用音源装置２１からフロントユーザの耳までの伝達関数が学習処理実行時のV(z)からA(z)V(z)に変化し、リア用音源装置２１からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数が学習処理実行時P(z)からA(z)P(z)に変化した場合、すなわち、リア用音源装置２１からフロントユーザの耳までの伝達関数とリア用音源装置２１からフロント用マイクロフォン１６までの伝達関数が同様に変化した場合には、これに適応し、フロントユーザの耳の位置において、リア用音源装置２１が音源のオーディオを、フロント用キャンセル音でキャンセルすることができる。

次に、上述した、予め行う学習処理について説明する。
ここで、学習処理は、フロントシートやリアシートの位置や、リア用信号処理部２２で行う信号処理の内容を所定の標準状態に設定して行う。
学習処理は、第１フィルタ１５４に伝達関数を設定する第１段階の学習処理と、第２フィルタ１５５に伝達関数を設定する第２段階の学習処理とを含む。

第１段階の学習処理は、図４に示すように、図１のオーディオシステムのフロント用キャンセル装置１５を第１学習ブロック４０に置き換えた構成において行う。また、第１段階階の学習処理は、図２ｂに示すように、標準的にフロントユーザの耳となる位置に配置した学習用マイクロフォン４００を用いて行う。ここで、学習用マイクロフォン４００の標準的にフロントユーザの耳となる位置への配置は、たとえば、フロントシートに着座させたダミー人形の耳の位置に学習用マイクロフォン４００を配置することにより実現する。

第１学習ブロック４０は、第２可変フィルタ４１と第２適応アルゴリズム実行部４２と、第２伝達モデル４３を備えており、第２可変フィルタ４１と第２適応アルゴリズム実行部４２と第２伝達モデル４３は、（Filtered-X）適応フィルタを構成している。

いま、W(z)を第２可変フィルタ４１の伝達関数として、リア用音源装置２１から第１学習ブロック４０に入力したオーディオX(z)は、第２可変フィルタ４１を通ってフロント用キャンセル音FC(z)として、フロント用合成部１３を介してフロント用スピーカ１４に出力される。

次に、第２伝達モデル４３は、予め設定されているフロント用キャンセル装置１５から学習用マイクロフォン４００までの位相遅延等の伝搬特性Sv^(z)を、リア用音源装置２１からフロント用キャンセル装置１５に入力したオーディオX(z)に畳み込んで、第２適応アルゴリズム実行部４２に入力する。

また、第２適応アルゴリズム実行部４２は、学習用マイクロフォン４００でピックアップした音をエラーEW(z)として、第２伝達モデル４３で伝搬特性Sv^(z)が畳み込まれたオーディオX(z)とエラーEW(z)とを入力として、NLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、エラーEW(z)が最小となるように第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)を設定する。

フロントユーザの耳の位置に配置した学習用マイクロフォン４００でピックアップされるエラーEW(z)は、フロントユーザの耳の位置に伝達されるリア用音源装置２１が音源のオーディオに、フロントユーザの耳の位置に伝達されるフロント用キャンセル音を加算した
EW(z)＝｛V(z)｝X(z)+｛W(z)Sv(z)｝X(z)
となるので、EW(z)が０となるように第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)を設定する適応アルゴリズムの実行により、
W(z)=-V(z)/Sv(z)
に、第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)は設定される。

ここで、このようにして得られた第１可変フィルタの伝達関数W(z)=-V(z)/Sv(z)は、標準的にフロントユーザの耳となる位置において、フロント用キャンセル音を生成するものとなる。

次に、第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)が収束したならば、第１段階の学習処理を終了し、第１段階の学習処理で第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)として得られた"-V(z)/Sv(z)"を用いて第２段階の学習処理を行う。

第２段階の学習処理は、図５に示すように、図１のオーディオシステムのフロント用キャンセル装置１５を第２学習ブロック５０に置き換えた構成において行う。
第２学習ブロック５０は、第３可変フィルタ５１と、第３適応アルゴリズム実行部５２と、学習用フィルタ５３と、第２減算器５４を備えている。
ここで、第３可変フィルタ５１と第３適応アルゴリズム実行部５２は適応フィルタを構成している。
また、学習用フィルタ５３には、伝達関数として、第１段階の学習処理で第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)として得られた"-V(z)/Sv(z)"を設定する。
いま、K(z)を第３可変フィルタ５１の伝達関数として、リア用音源装置２１から第２学習ブロック５０に入力したオーディオX(z)は、学習用フィルタ５３を通ってフロント用キャンセル音FC(z)として、フロント用合成部１３を介してフロント用スピーカ１４に出力される。

また、オーディオX(z)は第３可変フィルタ５１を通って第２減算器５４に送られ、第２減算器５４はフロント用マイクロフォン１６でピックアップした音から第３可変フィルタ５１の出力を減算し、エラーEK(z)として、第３適応アルゴリズム実行部５２に出力する。

そして、第３適応アルゴリズム実行部５２は、NLMSやLMSなどの適応アルゴリズムを実行し、エラーEK(z)とオーディオX(z)とから、エラーEK(z)が０となるように第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)を設定する。

ここで、フロント用マイクロフォン１６でピックアップされる音は、フロント用マイクロフォン１６に伝達されるリア用音源装置２１が音源のオーディオに、フロント用マイクロフォン１６に伝達されるフロント用キャンセル音を加算した
{P(z)}X(z)-[{V(z)/Sv(z)}S(z)]X(z)
となるので、エラーEK(z)は、
EK(z)={P(z)}X(z)-[{V(z)/Sv(z)}S(z)]X(z)-{K(z)}X(z)
となり、
EK(z)が０となるように第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)を設定する適応アルゴリズムの実行により、
K(z)=P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)
に第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)は設定される。

次に、第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)が収束したならば、第２段階の学習処理を終了する。
ここで、このようにして得られた第２可変フィルタ４１の伝達関数K(z)=P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)は、フロント用マイクロフォン１６の出力から第２可変フィルタ４１の出力を減算することにより、フロント用マイクロフォン１６の出力を、フロントユーザの耳の位置に配置した仮想のマイクロフォンの出力に補正するものとなる。

そして、第１段階の学習処理で第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)として得られた"-V(z)/Sv(z)"をフロント用キャンセル装置１５の第１フィルタ１５４に設定し、第２段階の学習処理で第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)として得られた"P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)"をフロント用キャンセル装置１５の第２フィルタ１５５に設定し学習処理を終了する。

以上、学習処理について説明した。
ところで、フロント用キャンセル装置１５には、以上の学習処理を行う機能を含めて構成するようにしてもよい。
すなわち、この場合には、図６に示すように、フロント用キャンセル装置１５を、可変フィルタ１５１、適応アルゴリズム実行部１５２、伝達モデル１５３、減算器１５６、第２可変フィルタ４１、第２適応アルゴリズム実行部４２、第２伝達モデル４３、第３可変フィルタ５１、第３適応アルゴリズム実行部５２より構成する。

ここで、伝達モデル１５３にはフロント用キャンセル装置１５からフロント用マイクロフォン１６までの伝搬特性S^(z)を予め設定し、第２伝達モデル４３には、フロント用キャンセル装置１５から学習用マイクロフォン４００までの伝搬特性Sv^(z)を予め設定する。
さて、リア用音源装置２１からフロント用キャンセル装置１５に入力したオーディオX(z)は、可変フィルタ１５１、伝達モデル１５３、第２伝達モデル４３、第３適応アルゴリズム実行部５２に入力する。

伝達モデル１５３の出力は適応アルゴリズム実行部１５２に入力し、第２伝達モデル４３の出力は第２適応アルゴリズム実行部４２に入力する。
可変フィルタ１５１の出力は、第２可変フィルタ４１に入力し、第２可変フィルタ４１の出力はフロント用キャンセル音として、フロント用合成部１３を介してフロント用スピーカ１４に出力される。

また、可変フィルタ１５１の出力は、第３可変フィルタ５１に入力し、第３可変フィルタ５１の出力は減算器１５６に入力する。減算器１５６は、フロント用マイクロフォン１６の出力と第３可変フィルタ５１の出力との差を、第３適応アルゴリズム実行部５２と適応アルゴリズム実行部１５２に出力する。

また、第２適応アルゴリズム実行部４２は、学習用マイクロフォン４００の出力を選択的に接続することができる。
ここで、このようなフロント用キャンセル装置１５において、学習処理は以下のように行う。
すなわち、まず、第１段階の学習処理では、可変フィルタ１５１の伝達関数H(z)を信号をそのままスルーで通過する伝達関数に設定し、適応アルゴリズム実行部１５２の動作を停止した状態で、フロントシートのユーザの耳の位置に配置した学習用マイクロフォン４００を第２適応アルゴリズム実行部４２に接続し、第１適応アルゴリズム実行部に、学習用マイクロフォン４００の出力をエラーEW(z)として、第２伝達モデル４３で伝搬特性Sv^(z)が畳み込まれたオーディオX(z)とエラーEW(z)とから適応アルゴリズムを実行させエラーEW(z)が０となる伝達関数W(z)を第２可変フィルタ４１に設定させる。

そして、第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)が収束したならば、第２適応アルゴリズム実行部４２の動作を停止させ、第２可変フィルタ４１の伝達関数W(z)を固定する。
そして、次に、第２段階の学習処理では、可変フィルタ１５１の伝達関数H(z)を信号をそのままスルーで通過する伝達関数に設定し、適応アルゴリズム実行部１５２の動作と第２適応アルゴリズム実行部４２の動作を停止した状態で、第３適応アルゴリズム実行部５２に、減算器１５６の出力をエラーEK(z)として、エラーEK(z)とオーディオX(z)とから、適応アルゴリズムを実行させエラーEK(z)が０となる伝達関数K(z)を第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)を設定させる。

そして、第３可変フィルタ５１の伝達関数K(z)が収束したならば第３適応アルゴリズム実行部５２の動作を停止して、第２段階の学習処理を終了し、学習用マイクロフォン４００を取り外し、第２適応アルゴリズム実行部４２の動作と第３適応アルゴリズム実行部５２の動作を停止したまま、適応アルゴリズム実行部１５２の動作を開始し、学習処理を完了する。

次に、リア用キャンセル装置２５について説明する。
リア用キャンセル装置２５は、以上のフロント用キャンセル装置１５の説明において、フロントとリアを交替したものとなる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上のオーディオシステムは、図７に示すように、フロント用キャンセル装置１５に、リア用音源装置２１の出力に代えてリア用信号処理部２２の出力を入力し、フロント用キャンセル装置１５においてリア用音源装置２１の出力に代えてリア用信号処理部２２の出力を用いて処理を行い、リア用キャンセル装置２５に、フロント用音源装置１１の出力に代えてフロント用信号処理部１２の出力を入力し、リア用キャンセル装置２５においてリア用音源装置２１の出力に代えてフロント用信号処理部１２の出力を用いて処理を行うように構成してもよい。

また、以上のオーディオシステムは、当該オーディオシステムに、図８に示すように、フロント用音源装置１１の出力を複数のフロント用のチャネルに分割するフロント用チャネル分割部８１と、リア用音源装置２１の出力を複数のリア用のチャネルに分割するリア用チャネル分割部８２を設けると共に、フロント用のチャネルの各々に対してフロント用信号処理部１２とフロント用合成部１３とフロント用スピーカ１４のセットを設け、リア用のチャネルの各々に対してリア用信号処理部２２とリア用合成部２３とリア用スピーカ２４のセットを設けるようにしてもよい。

なお、このように、複数のフロント用のチャネルの各々に対してフロント用信号処理部１２とフロント用合成部１３とフロント用スピーカ１４のセットを設け、複数のリア用のチャネルの各々に対してリア用信号処理部２２とリア用合成部２３とリア用スピーカ２４のセットを設ける場合には、図７に示したようにフロント用キャンセル装置１５の入力をリア用音源装置２１の出力に代えてリア用信号処理部２２の出力としたり、リア用キャンセル装置２５の入力をフロント用音源装置１１の出力に代えてフロント用信号処理部１２の出力とすると、各フロント用のチャネル毎のフロント用キャンセル装置１５や各リア用のチャネル毎のリア用キャンセル装置２５が必要となるので、図８に示すように、フロント用キャンセル装置１５にはリア用音源装置２１の出力を入力し、リア用キャンセル装置２５にはフロント用音源装置１１の出力を入力することが好ましい。

また、以上の実施形態は、オーディオシステムへの適用を例にとり説明したが、本実施形態は、任意の騒音源の騒音のキャンセルに同様に適用することができる。
すなわち、たとえば、エンジンを音源とするエンジン音を騒音としてフロントユーザの耳の位置で騒音をキャンセルする場合には、別途設けたマイクロフォンでピックアップしたエンジン音を、リア用音源装置２１の出力に代えてフロント用キャンセル装置に入力したり、別途設けた模擬音生成装置で生成したエンジン音を模擬した模擬音を、リア用音源装置２１の出力に代えてフロント用キャンセル装置に入力するようにすればよい。

１１…フロント用音源装置、１２…フロント用信号処理部、１３…フロント用合成部、１４…フロント用スピーカ、１５…フロント用キャンセル装置、１６…フロント用マイクロフォン、２１…リア用音源装置、２２…リア用信号処理部、２３…リア用合成部、２４…リア用スピーカ、２５…リア用キャンセル装置、２６…リア用マイクロフォン、４０…第１学習ブロック、４１…第２可変フィルタ、４２…第２適応アルゴリズム実行部、４３…第２伝達モデル、５０…第２学習ブロック、５１…第３可変フィルタ、５２…第３適応アルゴリズム実行部、５３…学習用フィルタ、５４…第２減算器、８１…フロント用チャネル分割部、８２…リア用チャネル分割部、１５１…可変フィルタ、１５２…適応アルゴリズム実行部、１５３…伝達モデル、１５４…第１フィルタ、１５５…第２フィルタ、１５６…減算器、４００…伝学習用マイクロフォン。

Claims

騒音を低減する能動型騒音制御装置であって、
所定の騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を出力するスピーカと、
前記騒音と前記キャンセル音との合成音をピックアップし、誤差信号として出力するマイクロフォンと、
前記スピーカから出力されるキャンセル音を生成するキャンセル音生成部とを有し、
前記キャンセル音生成部は、
前記騒音の騒音源が発生する騒音を表す信号である騒音信号を入力とする適応フィルタと、
前記適応フィルタの出力を入力とし、前記キャンセル音を出力する第１フィルタと、
前記適応フィルタの出力を入力とする第２フィルタとを有し、
前記適応フィルタは、前記マイクロフォンの出力と前記第２フィルタの出力の差をエラーとして、所定の適応アルゴリズムによって当該適応フィルタの伝達関数を更新し、
前記第１のフィルタには、第１フィルタ用伝達関数が設定されており、かつ、当該第１フィルタ用伝達関数は、所定の標準状態において、前記騒音信号に当該第１フィルタ用伝達関数を施した音を前記キャンセル音として前記キャンセル音生成部において生成したときに、前記騒音キャンセル位置において騒音がキャンセルされるように設定されており、
前記第２のフィルタには、第２フィルタ用伝達関数が設定されており、かつ、当該第２フィルタ用伝達関数は、前記所定の標準状態において、前記適応フィルタの伝達関数を入力をそのまま出力とする伝達関数としたときに、前記エラーが、前記騒音キャンセル位置に配置した仮想のマイクロフォンの出力となるように設定されていることを特徴とする能動型騒音制御装置。
騒音を低減する能動型騒音制御装置であって、
所定の騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を出力するスピーカと、
前記騒音と前記キャンセル音との合成音をピックアップし、誤差信号として出力するマイクロフォンと、
前記スピーカから出力されるキャンセル音を生成するキャンセル音生成部とを有し、
前記キャンセル音生成部は、
前記騒音の騒音源が発生する騒音を表す信号である騒音信号を入力とする適応フィルタと、
前記適応フィルタの出力を入力とし、前記キャンセル音を出力する第１フィルタと、
前記適応フィルタの出力を入力とする第２フィルタとを有し、
前記適応フィルタは、前記マイクロフォンの出力と前記第２フィルタの出力の差をエラーとして、所定の適応アルゴリズムによって当該適応フィルタの伝達関数を更新し、
前記第１のフィルタには、所定の学習処理によって学習された第１フィルタ用伝達関数が設定されており、前記第２のフィルタには、前記学習処理によって学習された第２フィルタ用伝達関数が設定されており、
前記第１フィルタ用伝達関数は、前記学習処理実行時点における、前記騒音源から前記騒音キャンセル位置までの伝達関数をV(z)、前記キャンセル音生成部から前記騒音キャンセル位置までの伝達関数をSv(z)として、"-V(z)/Sv(z)"であり、
前記第２フィルタ用伝達関数は、前記学習処理実行時点における、前記騒音源から前記マイクロフォンまでの伝達関数をP(z)、前記キャンセル音生成部から前記マイクロフォンまでの伝達関数をS(z)として、"P(z)-{V(z)/Sv(z)}S(z)"であることを特徴とする能動型騒音制御装置。
騒音を低減する能動型騒音制御装置であって、
所定の騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルするキャンセル音を出力するスピーカと、
前記騒音と前記キャンセル音との合成音をピックアップし、誤差信号として出力するマイクロフォンと、
前記スピーカから出力されるキャンセル音を生成するキャンセル音生成部とを有し、
前記キャンセル音生成部は、
前記騒音の騒音源が発生する騒音を表す信号である騒音信号を入力とする適応フィルタと、
前記適応フィルタの出力を入力とし、前記キャンセル音を出力する第１フィルタと、
前記適応フィルタの出力を入力とする第２フィルタとを有し、
前記適応フィルタは、前記マイクロフォンの出力と前記第２フィルタの出力の差をエラーとして、所定の適応アルゴリズムによって当該適応フィルタの伝達関数を更新し、
前記第１のフィルタには、所定の学習処理によって学習された第１フィルタ用伝達関数が設定されており、前記第２のフィルタには、前記学習処理によって学習された第２フィルタ用伝達関数が設定されており、
前記学習処理は、
前記キャンセル音生成部を、前記騒音信号に第１の伝達関数を施した音を前記キャンセル音として生成する第１学習部に置き換えた構成において、前記騒音キャンセル位置において騒音がキャンセルされる前記第１の伝達関数を、前記第１フィルタ用伝達関数として学習し、
前記キャンセル音生成部を、前記騒音信号に第１フィルタ用伝達関数を施した音を前記キャンセル音として生成する第２学習部に置き換えた構成において、前記マイクロフォンの出力と、前記騒音信号に第２の伝達関数を施した音との差が無くなる前記第２の伝達関数を前記第２フィルタ用伝達関数として学習する処理であることを特徴とする能動型騒音制御装置。
請求項２または３記載の能動型騒音制御装置であって、
前記学習処理を実行して、前記第１フィルタ用伝達関数を前記第１フィルタに設定し、前記第２フィルタ用伝達関数を第２フィルタに設定する学習処理実行部を有することを特徴とする能動型騒音制御装置。
請求項１、２、３または４記載の能動型騒音制御装置を備えた、自動車に搭載される車載オーディオシステムであって、
前記自動車の車内にオーディオを放射する、自動車の第１のシートに搭乗するユーザ用のオーディオ装置を備え、
前記騒音は前記オーディオ装置が放射するオーディオであり、
前記騒音信号は、前記オーディオ装置の音源が出力するオーディオ信号であり、
前記騒音キャンセル位置は、前記自動車の第２のシートに搭乗するユーザの耳の位置であり、
前記マイクロフォンは、前記第２のシートに搭乗したユーザの耳の位置の近傍となる位置に配置されていることを特徴とする車載オーディオシステム。