JP7262899B2 - 能動型騒音制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、騒音を打ち消す騒音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。
騒音を打ち消す騒音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、騒音キャンセル位置の近傍に配置したマイクとスピーカと、騒音源の出力信号もしくは当該出力信号を疑似した信号に、スピーカから出力する騒音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、マイクの出力を補助フィルタを用いて補正した信号をエラー信号として用いて伝達関数を適応的に設定する技術が知られている。
ここで、この技術では、補助フィルタには、予め学習した、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までの伝達関数の差と、スピーカから騒音キャンセル位置までの伝達関数とスピーカからマイクまでの伝達関数の差を補正する伝達関数が設定されており、このような補助フィルタを用いることにより、マイクの位置と異なる騒音キャンセル位置において、騒音をキャンセルしている。
また、二つの騒音キャンセル位置のそれぞれに対応する、マイクとスピーカと適応フィルタと補助フィルタとのセットを設け、上述した技術を用いて、各セットにおいて対応する騒音キャンセル位置で騒音をキャンセルする騒音キャンセル音を出力することにより、騒音源から発生する騒音を、二つの騒音キャンセル位置のそれぞれにおいてキャンセルする技術も知られている(たとえば、特許文献１）。
特開２０１８-７１７７０号公報
上述した補助フィルタを用いてマイクの位置と異なる騒音キャンセル位置において騒音をキャンセルする技術を用いてユーザに聞こえる騒音をキャンセルする場合、ユーザの変位に伴って、ユーザの頭部が騒音キャンセル位置からずれてしまうと、ユーザに聞こえる騒音を良好にキャンセルできなくなる場合がある。
そこで、異なる複数の騒音キャンセル位置について補助フィルタの伝達関数を学習しておき、ユーザの頭部の変位に伴って、補助フィルタの伝達関数を、ユーザの頭部の位置に対応する騒音キャンセル位置について学習した伝達関数に切り替えることにより、ユーザの頭部の変位によらずにユーザに聞こえる騒音をキャンセルすることが考えられる。
しかし、このようにすると、補助フィルタの伝達関数の切り替え時に、適応フィルタが発散したり、騒音キャンセル音にノイズが発生するなどの支障が生じることがある。
そこで、本発明は、騒音をキャンセルすべき対象の変位に応じて、変位後の位置において騒音をキャンセルするように特性を支障なく切り替える能動型騒音制御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、対象体に聞こえる騒音を低減する能動型騒音制御システムとして、マイクと、騒音を表す騒音信号を入力とする適応フィルタと、適応フィルタの出力を騒音キャンセル音として出力するスピーカと、前記騒音信号を入力とする、各々異なる複数の位置に対応して設けられた複数の補助フィルタと、前記マイクの出力であるマイク出力信号を、いずれかの補助フィルタの出力を用いて補正しエラー信号として前記適応フィルタに出力するエラー補正手段と、対象体の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段が検出した対象体の位置に前記対応する位置が整合する補助フィルタが変化したときに、当該対応する位置が対象体の位置に整合する補助フィルタを切替後補助フィルタとして、前記エラー補正手段を制御して、前記エラー補正手段から前記エラー信号として出力される信号を、前記マイク出力信号を前記切替後補助フィルタの出力を用いて補正した信号に切り替える切替動作を行う切替制御手段とを備えたものである。ここで、前記適応フィルタは、前記エラー補正手段から入力するエラー信号が表すエラー用いて、所定の適応アルゴリズムを実行して当該適応フィルタの伝達関数を更新する。また、前記複数の補助フィルタには、対応する位置において、騒音キャンセル音によって騒音がキャンセルされたときに、前記エラー信号が表すエラーが０となる伝達関数として学習した伝達関数が予め設定されている。そして、前記切替制御手段は、当該切替動作前に前記マイク出力信号の補正に出力を用いていた補助フィルタを切替前補助フィルタとして、前記切替動作において、前記マイク出力信号を前記切替前補助フィルタの出力を用いて補正した信号が前記エラー信号として出力される比率を徐々にもしくは段階的に０％まで減少し、当該減少分、前記マイク出力信号を前記切替後補助フィルタの出力を用いて補正した信号が前記エラー信号として出力される比率を徐々にもしくは段階的に１００％まで増加する。
このような能動型騒音制御システムによれば、対象体の位置の変化に応じて、適応フィルタに入力するエラー信号の生成に用いる補助フィルタを、対象体の位置に整合する位置で騒音を良好にキャンセルできる補助フィルタである切替後補助フィルタに切り替えることができるので、対象体の変位によらずに対象体に聞こえる騒音を良好にキャンセルすることができる。
また、この切り替えを、切替前の補助フィルタを用いて生成した信号がエラー信号として出力される比率を徐々にもしくは段階的に小さくしていきながら、切替後補助フィルタを用いて生成した信号がエラー信号として出力される比率を徐々にもしくは段階的に大きくしていくことにより行うので、適応フィルタの発散や、騒音キャンセル音のノイズの発生を抑制することができる。
また、本発明は、対象体に聞こえる騒音を低減する能動型騒音制御システムに、マイクと、騒音を表す騒音信号を入力とする適応フィルタと、適応フィルタの出力を騒音キャンセル音として出力するスピーカと、前記騒音信号を入力とする、各々異なる複数の位置に対応して設けられた複数の補助フィルタと、前記マイクの出力であるマイク出力信号を、いずれかの補助フィルタの出力を用いて補正しエラー信号として前記適応フィルタに出力するエラー補正手段と、対象体の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段が検出した前記対象体の位置が変化したときに、二つの補助フィルタであって、当該二つの補助フィルタに対応する二つの位置の間が、当該対象体の位置となる二つの補助フィルタを、第１混合対象補助フィルタと第２混合対象補助フィルタとして、前記エラー補正手段から前記エラー信号として、前記マイク出力信号を第１混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号と、前記マイク出力信号を第２混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号とが、前記第１混合対象補助フィルタに対応する位置と前記対象体の位置との距離と前記第２混合対象補助フィルタに対応する位置と前記対象体の位置との距離との比に応じて定まる比率である切替後比率で出力されるように、前記エラー補正手段を制御する切替制御手段とを備えたものである。ここで、前記適応フィルタは、前記エラー補正手段から入力するエラー信号が表すエラー用いて、所定の適応アルゴリズムを実行して当該適応フィルタの伝達関数を更新する。また、前記複数の補助フィルタには、対応する位置において、前記騒音キャンセル音によって騒音がキャンセルされたときに、前記エラー信号が表すエラーが０となる伝達関数として学習した伝達関数が予め設定されている。
このような能動型騒音制御システムによれば、対象体の位置が、当該位置において騒音を良好にキャンセルできる補助フィルタが用意されていない位置であっても、騒音を良好にキャンセルできる位置の間の位置が対象体の位置となる二つの補助フィルタを用いて、対象体に聞こえる騒音をキャンセルすることができるようになる。
ここで、このような能動型騒音制御システムは、前記切替制御手段において、前記切替動作において、前記エラー補正手段から前記エラー信号として出力される、前記マイク出力信号を第１混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号と、前記マイク出力信号を第２混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号との比率を、徐々にまたは段階的に前記切替後比率まで変化させるように構成してもよい。
ここで、このような能動型騒音制御システムは、前記対象体を、所定の範囲内において変位可能な座席に着座したユーザの頭部とし、前記変位範囲内の異なる複数の前記座席の位置について求めた、当該位置にある座席に着座した人体の頭部が標準的に位置する位置の各々が、前記複数の補助フィルタのそれぞれに対応する位置としてもよい。
また、本発明は、併せて、前記マイクと、前記適応フィルタと、前記スピーカと、前記複数の補助フィルタと、前記エラー補正手段とを備えた系統を第１系統と第２系統との二つの系統備えた能動型騒音制御システムも提供する。ここで、前記第１系統の複数の補助フィルタと前記第２系統の複数の補助フィルタは１対１に対応づけられており、対応づけられた前記第１系統の補助フィルタに対応する位置と前記第２系統の補助フィルタに対応する位置関係は、前記対象体に対して固定された所定の２つの位置の位置関係に一致もしくは近似している。また、前記第１系統の前記適応フィルタと第２系統の前記適応フィルタは、当該第１系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号と、前記第２系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号を用いて、所定の適応アルゴリズムを実行し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系統の前記複数の補助フィルタと前記第２系統の前記複数の補助フィルタには、当該補助フィルタに対応する位置と当該補助フィルタに対応する補助フィルタに対応する位置において、前記第１系統のスピーカと前記第２系統のスピーカが出力する騒音キャンセル音によって騒音がキャンセルされたときに、当該第１系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号と、前記第２系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号とが０となる伝達関数として学習した伝達関数が予め設定されている。
ここで、このような能動型騒音制御システムにおいては、前記対象体を、所定の範囲内において変位可能な座席に着座したユーザの頭部とし、前記変位範囲内の異なる複数の前記座席の位置について求めた、当該位置にある座席に着座した人体の左耳が標準的に位置する位置の各々を、前記第１系統の複数の補助フィルタのそれぞれに対応する位置とし、当該位置にある座席に着座した人体の右耳が標準的に位置する位置の各々を、前記第２系統の複数の補助フィルタのそれぞれに対応する位置とし、前記対応づけられた前記第１系統の複数の補助フィルタと前記第２系統の複数の補助フィルタを、同じ座席の位置について対応する位置を求めた前記第１系統の複数の補助フィルタと前記第２系統の複数の補助フィルタとしてもよい。
また、以上の能動型騒音制御システムにおける、前記所定の座席は、自動車の座席であってよい。
以上のように、本発明によれば、騒音をキャンセルすべき対象の変位に応じて、変位後の位置において騒音をキャンセルするように特性を支障なく切り替える能動型騒音制御システムを提供する。
本発明の実施形態に係る能動型騒音制御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能動型騒音制御システムのスピーカとマイクの配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る騒音制御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用マイクの配置例を示す図である。 本発明の実施形態に係る補助フィルタの伝達関数の学習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補助フィルタの切り替え動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る補助フィルタの切り替え動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る補助フィルタの切り替え動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る能動型騒音制御システムの他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る能動型騒音制御システムの他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る騒音制御装置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説明する。
図１に、本実施形態に係る能動型騒音制御システムの構成を示す。
図示するように能動型騒音制御システム１は、騒音制御装置１１、スピーカ１２、マイク１３、位置検出装置１４を備えている。
そして、能動型騒音制御システム１は、自動車に搭載されるシステムであり、自動車に搭乗したユーザの頭部の位置をキャンセルポイントとして、騒音源２の発生する騒音をキャンセルポイントにおいてキャンセルするシステムである。
また、図２に示すように、スピーカ１２とマイク１３は、たとえば、自動車車内の騒音キャンセルの対象とするユーザが着座する座席である対象座席（図では右前席）の前方の天井に配置される。
また、位置検出装置１４は、ユーザの頭部の位置を検出する装置であり、図２に示す対象座席の前方に設けた対象座席周辺を撮影するカメラ１４１や、対象座席のシートの前後方向の位置やバックレストの傾きを検出するセンサ（図示を省略）を備え、カメラ１４１で撮影した画像や、センサで検出した対象座席のシートの位置やバックレストの傾きから、ユーザの頭部の位置を検出する。
図１に戻り、能動型騒音制御システム１の騒音制御装置１１は、騒音源２の発生する騒音を表す騒音信号x(n)と、マイク１３でピックアップした音声信号であるマイクエラー信号err(n)を用いて、キャンセルポイントにおいて騒音源２の発生する騒音をキャンセルするキャンセル信号CA(n)を生成しスピーカ１２から出力する。
次に、図３に、能動型騒音制御システム１の騒音制御装置１１の構成を示す。
図示するように、騒音制御装置１１は、信号処理部１１１と、切替制御部１１２とを備えている。
信号処理部１１１は、可変フィルタ１１１１、適応アルゴリズム実行部１１１２、予め伝達関数S^(z)が設定された推定フィルタ１１１３、減算器１１１４、各々予め伝達関数H1(z)、H2(z)、H3(z)が設定された３つの補助フィルタ１１１５、切替制御部１１２の制御に従って３つの補助フィルタ１１１５の出力のうちの一つの出力を選択して出力するセレクタ１１１６とを備えている。
このような信号処理部１１１の構成において、入力した騒音信号x(n)は、可変フィルタ１１１１を通ってキャンセル信号CA(n)としてスピーカ１２に出力される。
また、入力した騒音信号x(n)は３つの補助フィルタ１１１５をそれぞれ通ってセレクタ１１１６に送られ、セレクタ１１１６は、切替制御部１１２の制御に従って３つの補助フィルタ１１１５の出力のうちの一つの出力を選択して減算器１１１４に送る。減算器１１１４は、マイク１３でピックアップしたマイクエラー信号err(n)からセレクタ１１１６の出力を減算して補正し、エラーとして、適応アルゴリズム実行部１１１２に出力する。
次に、可変フィルタ１１１１と適応アルゴリズム実行部１１１２と推定フィルタ１１１３はFiltered-X適応フィルタを構成している。推定フィルタ１１１３には、信号処理部１１１からマイク１３までの伝達関数S(z)を実測等により推定した推定伝達特性S^(z)が予め設定されており、推定フィルタ１１１３は、伝達特性S^(z)を入力した騒音信号x(n)に畳み込んで、適応アルゴリズム実行部１１１２に出力する。
そして、適応アルゴリズム実行部１１１２は、推定フィルタ１１１３で伝達関数S^(z)が畳み込まれた騒音信号x(n)と、減算器１１１４から出力されるエラーとを入力として、NLMSによる適応アルゴリズムを実行し、エラーが０となるように可変フィルタ１１１１の伝達関数W(z)を更新する。
次に、信号処理部１１１の各補助フィルタ１１１５の伝達関数H1(z)、H2(z)、H3(z)は、それぞれについて、予め第１段階の学習処理と第２段階の学習処理を行うことにより設定する。
ここで、３つの補助フィルタ１１１５の伝達関数H1(z)、H2(z)、H3(z)は、それぞれ異なるキャンセルポイントに対応している。
すなわち、伝達関数H1(z)は、図４ａに示すように対象座席の位置が標準的な前後方向位置よりも距離Ｄ前方の位置に設定されているときのユーザの頭部の標準的な位置であるキャンセルポイントP1に対応しており、伝達関数H2(z)は、図４ｂに示すように対象座席の位置が標準的な前後方向位置に設定されているときのユーザの頭部の標準的な位置であるキャンセルポイントP2に対応しており、伝達関数H2(z)は、図４ｃに示すように対象座席の位置が標準的な前後方向位置よりも距離Ｄ後方の位置に設定されているときのユーザの頭部の標準的な位置であるキャンセルポイントP3に対応している。
さて、第１段階の学習処理は、第１信号処理部を図５ａに示す第１段階学習処理部５０に、マイク１３を学習用マイク４１に置き換えた構成において行う。
iを１、２、３のうちの任意の数として、伝達関数Hi(z)を学習する際には、学習用マイク４１は、図４ａ、ｂ、ｃに示すように、キャンセルポイントPiに配置する。すなわち、伝達関数H1(z)を学習するときには、図４ａに示すようにキャンセルポイントP1に学習用マイク４１を配置し、伝達関数H2(z)を学習するときには、図４ｂに示すようにキャンセルポイントP2に学習用マイク４１を配置し、伝達関数H3(z)を学習するときには、図４ｃに示すようにのキャンセルポイントP3に学習用マイク４１を配置する。
図５ａに示す第１段階学習処理部５０は、図３に示した信号処理部１１１から、３つの補助フィルタ１１１５とセレクタ１１１６と減算器１１１４を排して、推定フィルタ１１１３を伝達関数Sv^(z)が設定された第１段階学習用推定フィルタ５０１に置換し、学習用マイク４１の出力をエラーとして適応アルゴリズム実行部１１１２に入力した構成を備えている。ただし、伝達関数Sv^(z)は、第１段階学習処理部５０から学習用マイク４１までの伝達関数を表す。
そして、このような構成において、適応アルゴリズム実行部１１１２による適応動作によって可変フィルタ１１１１の伝達関数W(z)を収束安定させ、収束安定した伝達関数W(z)を第１段階の学習処理の結果として得る。
次に、第２段階の学習処理は、図３の信号処理部１１１を図５ｂに示す第２段階学習処理部５１に置き換えた構成において設定する。
図５ｂに示す第２段階学習処理部５１は、第１段階の学習処理の結果として得た伝達関数W(z)を伝達関数として設定した第２段階学習用固定フィルタ５１１と、第２段階学習用可変フィルタ５１２と、第２段階学習用適応アルゴリズム実行部５１３と、第２段階学習用減算器５１４を備えている。
第２段階学習処理部５１に入力した騒音信号x(n)は、第２段階学習用固定フィルタ５１１を通ってスピーカ１２に出力される。
また、入力した騒音信号x(n)は第２段階学習用可変フィルタ５１２を通って第２段階学習用減算器５１４に送られ、第２段階学習用減算器５１４はマイク１３でピックアップした信号から第２段階学習用可変フィルタ５１２の出力を減算し、エラーとして、第２段階学習用適応アルゴリズム実行部５１３に出力する。
そして、このような構成において、第２段階学習用適応アルゴリズム実行部５１３による適応動作によって第２段階学習用可変フィルタ５１２の伝達関数H(z)を収束安定させ、収束安定した伝達関数H(z)をi番目の補助フィルタ１１１５の伝達関数Hi(z)として学習する。
次に、図３の騒音制御装置１１の切替制御部１１２が行う切り替え動作について説明する。
切替制御部１１２は、位置検出装置１４が検出した対象座席のユーザの頭部の位置に応じて、セレクタ１１１６で出力を選択して減算器１１１４に送る補助フィルタ１１１５を切り替える。
この切り替えは、図４ａ、ｂ、ｃのキャンセルポイントP1、P2、P3のうちの、位置検出装置１４が検出した頭部の位置に最も近いキャンセルポインを算定し、算定したキャンセルポイントが変化したときに、セレクタ１１１６に、算定したキャンセルポイントPxに対応する伝達関数Hx(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力に減算器１１１４に送る出力を切り替えさせることにより行う。
すなわち、図４ａ、ｂ、ｃのキャンセルポイントP1、P2、P3のうちキャンセルポイントP1が、位置検出装置１４が検出した頭部の位置に最も近い場合には、セレクタ１１１６に、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力に減算器１１１４に送る出力を切り替えさせ、キャンセルポイントP2が、位置検出装置１４が検出した頭部の位置に最も近い場合には、セレクタ１１１６に、伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力に減算器１１１４に送る出力を切り替えさせ、キャンセルポイントP3が、位置検出装置１４が検出した頭部の位置に最も近い場合には、セレクタ１１１６に、伝達関数H3(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力に減算器１１１４に送る出力を切り替えさせる。
また、この切り替えは、セレクタ１１１６が減算器１１１４に送る出力が、切り替え前の出力から切り替え後の出力に段階的に変化するように行う。
すなわち、たとえば、セレクタ１１１６が減算器１１１４に送る切り替え前の出力が、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力であり、切り替え後の出力が、伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力であれば、図６ａに示すように、予め設定しておいた伝達関数H1(z)から伝達関数H2(z)への遷移時間長T(H1-H2)の間に、減算器１１１４に入力する伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H1が１００％から０％まで段階的に減少すると共に、減算器１１１４に入力する伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H２が０％から１００％までR_H1+R_H2=100%を満たしながら段階的に増加し、T(H1-H2)の経過後は、比率R_H２が１００％を維持するように行う。なお、図６ａでは、一定の時間間隔で、比率R_H1を１００％から０％まで１０％ずつ減少させ、比率R_H２を０％から１００％まで１０％ずつ増加させている。
ここで、減算器１１１４に入力する補助フィルタ１１１５の出力の比率は、セレクタ１１１６の切り替え前後の補助フィルタ１１１５の出力の選択頻度を制御することにより行う。
すなわち、たとえば、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力を８０％、伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力を２０％とするのであれば、セレクタ１１１６に、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力値を８回選択した後に、伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力値を２回選択することを繰り返させる。同様に、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力を５０％、伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力を５０％とするのであれば、セレクタ１１１６に、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力値の選択と、伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力値の選択を交互に行わせる。
また、以上のような段階的な切替を行う遷移時間長は、切替前後の補助フィルタ１１１５に設定されている伝達関数Hj(z)、Hk(z)に対応するキャンセルポイントPj、Pk間の距離が大きくなるほど大きくなるように設定するようにしてもよい。すなわち、たとえば、図４のキャンセルポイントP1とP2間の距離や、キャンセルポイントP2とP3間の距離よりも、キャンセルポイントP1とP3間の距離が大きいので、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力と伝達関数H3(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力との間の切り替え時の遷移時間長を、他の伝達関数が設定されている補助フィルタ１１１５の出力間の切り替え時の遷移時間長よりも大きくするようにしてよい。
また、セレクタ１１１６が減算器１１１４に送る出力の、切り替え前の出力と切り替え後の出力の比率を変化させる段階数は、任意であってよく、たとえば、図６ｂに、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力から伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力への切り替えの場合について示すように、T(H1-H2)の間に、減算器１１１４に入力する伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H1を１００％、５０％、０％と減少させ、減算器１１１４に入力する伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H２を０％、５０％、１００％と増加させるようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明した。
このように本実施形態によれば、ユーザの頭部の位置の変化に応じて、適応フィルタに入力するエラー信号の生成に用いる補助フィルタ１１１５を、ユーザの頭部の位置に近いキャンセルポイントで騒音を良好にキャンセルできる補助フィルタ１１１５に切り替えることができるので、ユーザの頭部の変位によらずにユーザに聞こえる騒音を良好にキャンセルすることができる。
また、この切り替えを、切替前の補助フィルタ１１１５を用いて生成した信号がエラー信号として出力される比率を徐々にもしくは段階的に小さくしていきながら、切替後の補助フィルタ１１１５を用いて生成した信号がエラー信号として出力される比率を徐々にもしくは段階的に大きくしていくことにより行うので、適応フィルタの発散や、騒音キャンセル音のノイズの発生を抑制することができる。
ところで、以上の実施形態においては、伝達関数H1(z)に対応するキャンセルポイントP1と伝達関数H3(z)に対応するキャンセルポイントP3の間に、伝達関数H2(z)に対応するキャンセルポイントP2が存在し、伝達関数H2(z)は伝達関数H1(z)と伝達関数H3(z)の中間的な値となっていることが期待できるので、以上の実施形態における、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力と伝達関数H3(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力との間の切り替えは、伝達関数H2(z)を経由して行うようにしてもよい。
すなわち、たとえば、伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力から、伝達関数H3(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力への切替の場合には、図７ａまたは図７ｂに示すように、予め設定しておいた伝達関数H1(z)から伝達関数H3(z)への遷移時間長T(H1-H3)の間に、減算器１１１４に入力する伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H1が１００％から０％まで段階的に減少すると共に、減算器１１１４に入力する伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H２が０％から１００％までR_H1+R_H2=100%を満たしながら段階的に増加し、その後、減算器１１１４に入力する伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H2が１００％から０％まで段階的に減少すると共に、減算器１１１４に入力する伝達関数H3(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H3が０％から１００％までR_H2+R_H3=100%を満たしながら段階的に増加し、T(H1-H3)の経過後は、R_H3が１００％を維持するように、セレクタ１１１６に出力の切り替えを行わせてもよい。
また、以上の実施形態は、位置検出装置１４が検出した頭部の位置が、図４ａ、ｂ、ｃのキャンセルポイントP1とP2の間や、キャンセルポイントP2とP3の間にあるときには、セレクタ１１１６において、位置検出装置１４が検出した頭部の位置に隣接する二つのキャンセルポイントに対応する二つの補助フィルタ１１１５の出力を、対応するキャンセルポイントと位置検出装置１４が検出した頭部の位置との間の距離の逆数の比率で減算器１１１４に出力することにより、二つの補助フィルタ１１１５とセレクタ１１１６を用いて、位置検出装置１４が検出した頭部の位置に学習用マイク４１を配置して学習した場合に得られる伝達関数を模擬する仮想の補助フィルタ１１１５を構成するようにしてもよい。
すなわち、たとえば、図８ａに示すように、位置検出装置１４が検出した頭部の位置Prが、キャンセルポイントP1とP2の間にあり、位置PrからキャンセルポイントP1までの距離と、位置PrからキャンセルポイントP2までの距離の比が70:30である場合には、減算器１１１４に入力するキャンセルポイントP1に対応する伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力と、減算器１１１４に入力するキャンセルポイントP2に対応する伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力との比率が、距離の比70:30の逆数の比となる30:70となる状態を切り替え後の状態とする。そして、位置検出装置１４が検出した頭部の位置がキャンセルポイントP1の位置から位置Prに変化した場合について、図８ｂ１または図８ｂ２に示したように、切替制御部１１２において、減算器１１１４に入力する伝達関数H1(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H1が１００％から３０％まで段階的に減少すると共に、減算器１１１４に入力する伝達関数H2(z)が設定されている補助フィルタ１１１５の出力の比率R_H2が０％から７０％までR_H1+R_H2=100%を満たしながら段階的に増加し、その後、比率R_H2が７０％を維持するように、セレクタ１１１６に出力の切り替えを行わせる。
このようにすることにより、ユーザの頭部の位置が、当該位置を対応するキャンセルポイントとする補助フィルタ１１１５が用意されていない位置であっても、対応するキャンセルポイントの間の位置が頭部の位置となる二つの補助フィルタ１１１５を用いて、ユーザに聞こえる騒音を良好にキャンセルすることができる。
また、以上の実施形態では、自動車の一つの座席のユーザに対して騒音のキャンセルを行う場合について説明したが、これは、図９ａに示すように、自動車の各席毎に、スピーカ１２、マイク１３、位置検出装置１４のカメラ１４１とセンサを設けて、各席のユーザに対して騒音のキャンセルを行うようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、スピーカ１２、マイク１３を対象座席前方の天井に設けたが、スピーカ１２、マイク１３の位置は、他の位置であってよい。すなわち、たとえば、図９ｂに示すようにスピーカ１２、マイク１３を対象座席に固定して設けるようにしてもよい。
また、以上の実施形態において、能動型騒音制御システム１に入力する騒音信号x(n)は、騒音源が出力するオーディオ信号や、騒音源の騒音を別途設けた騒音マイクでピックアップした音声信号や、別途設けた模擬音生成装置で生成した騒音源の騒音を模擬する信号であってもよい。
すなわち、たとえば、エンジンを騒音源とする場合には、別途騒音マイクでピックアップしたエンジン音を騒音信号x(n)としたり、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騒音信号x(n)とするようにしてよい。
また、以上の実施形態は、対象座席の左耳と右耳に対応する位置を二つのキャンセルポイントして、各キャンセルポイントの騒音のキャンセルを行うように拡張してもよい。
すなわち、この場合には、図１０ａや図１０ｂのように、主として左耳の騒音キャンセル用の左スピーカ６１と左マイク６２のセットと、主として右耳の騒音キャンセル用の右スピーカ６３と右マイク６４のセットとを設ける。
そして、騒音制御装置１１には、信号処理部１１１に代えて、図１１に示す左信号処理部６５と右信号処理部６６とを設ける。
左信号処理部６５の構成は、図３に示した信号処理部１１１の構成と、ほぼ同様であるが、左信号処理部６５にはスピーカ１２に代えて左スピーカ６１を接続し、マイク１３に代えて左マイク６２を接続する。
また、推定フィルタ１１１３に代えて、騒音信号x(n)を入力とし出力を適応アルゴリズム実行部１１１２に送る、左信号処理部６５から左マイク６２までの伝達関数S11(z)の推定伝達特性S11^(z)を設定した左第１推定フィルタ６５１と、左信号処理部６５から右マイク６４までの伝達関数S21(z)の推定伝達特性S21^(z)を設定した左第２推定フィルタ６５２を設ける。また、減算器１１１４から出力されるエラーe1と、右信号処理部６６の減算器１１１４から出力されるエラーe2とを適応アルゴリズム実行部１１１２に入力し、適応アルゴリズム実行部１１１２において、エラーe1、エラーe2が０となるように可変フィルタ１１１１の伝達関数W(z)を更新する。
また、右信号処理部６６の構成も、図３に示した信号処理部１１１の構成と、ほぼ同様であるが、左信号処理部６５にはスピーカ１２に代えて右スピーカ６３を接続し、マイク１３に代えて右マイク６４を接続する。また、推定フィルタ１１１３に代えて、騒音信号x(n)を入力とし出力を適応アルゴリズム実行部１１１２に送る、右信号処理部６６から右マイク６４までの伝達関数S22(z)の推定伝達特性S22^(z)を設定した右第１推定フィルタ６６１と、右信号処理部６６から左マイク６２までの伝達関数S12(z)の推定伝達特性S12^(z)を設定した右第２推定フィルタ６６２を設ける。また、減算器１１１４から出力されるエラーe2と、右信号処理部６６の減算器１１１４から出力されるエラーe1とを適応アルゴリズム実行部１１１２に入力し、適応アルゴリズム実行部１１１２において、エラーe1、エラーe2が０となるように可変フィルタ１１１１の伝達関数W(z)を更新する。
そして、切替制御部１１２において、図３に示した信号処理部１１１における場合と同様に、位置検出装置１４が検出した対象座席のユーザの頭部の位置に応じて、左信号処理部６５、右信号処理部６６のセレクタ１１１６で出力を選択して減算器１１１４に送る補助フィルタ１１１５を切り替える。
なお、左信号処理部６５、右信号処理部６６の各補助フィルタ１１１５の伝達関数の学習も、図３に示した信号処理部１１１の各補助フィルタ１１１５と同様に、予め第１段階の学習処理と第２段階の学習処理を行うことにより設定する。
ただし、第１段階学習処理では、学習用マイク４１に代えて左学習用マイクと右学習用マイクを用いて行う。そして、伝達関数H1(z)を学習するときには、図４ａに示すように対象座席の位置が標準的な前後方向位置よりも距離Ｄ前方の位置に設定されているときのユーザの左耳の標準的な位置に左学習用マイクを、右耳の標準的な位置に右学習用マイクを配置し、伝達関数H2(z)を学習するときには、図４ｂに示すように対象座席の位置が標準的な前後方向位置に設定されているときのユーザの左耳の標準的な位置に左学習用マイクを、右耳の標準的な位置に右学習用マイクを配置し、伝達関数H3(z)を学習するときには、図４ｃに示すように対象座席の位置が標準的な前後方向位置よりも距離Ｄ後方の位置に設定されているときのユーザの左耳の標準的な位置に左学習用マイクを、右耳の標準的な位置に右学習用マイクを配置する。
そして、伝達関数Hi(z)を学習する際の、第１段階の学習処理では、左学習用マイクと右学習用のマイク１３の出力が表す騒音がなくなる左信号処理部６５と右信号処理部６６の可変フィルタ１１１１の伝達関数を学習し、第２段階の学習処理では、左信号処理部６５と右信号処理部６６の可変フィルタ１１１１の伝達関数を第１段階の学習処理で学習した伝達関数に固定し、各補助フィルタ１１１５とセレクタ１１１６を学習用補助フィルタに置き換えた状態で求めた、左信号処理部６５の減算器１１１４が出力するエラーe1と右信号処理部６６の減算器１１１４が出力するエラーe2が０となる学習用補助フィルタの伝達関数を求め、伝達関数Hi(z)とする。
また、以上の実施形態は、騒音源２が一つのみである場合について示したが、以上の実施形態は、騒音制御装置１１の構成を各騒音源２の各キャンセルポイントへの伝搬を考慮するように拡張することにより、騒音源２が複数存在する場合にも適用可能である。
なお、以上の信号処理部１１１、左信号処理部６５、右信号処理部６６では補助フィルタ１１１５の数を３つとしたが、補助フィルタ１１１５は２以上の任意の数設けるようにしてよい。
１…能動型騒音制御システム、２…騒音源、１１…騒音制御装置、１２…スピーカ、１３…マイク、１４…位置検出装置、４１…学習用マイク、５０…第１段階学習処理部、５１…第２段階学習処理部、６１…左スピーカ、６２…左マイク、６３…右スピーカ、６４…右マイク、６５…左信号処理部、６６…右信号処理部、１１１…信号処理部、１１２…切替制御部、１４１…カメラ、５０１…第１段階学習用推定フィルタ、５１１…第２段階学習用固定フィルタ、５１２…第２段階学習用可変フィルタ、５１３…第２段階学習用適応アルゴリズム実行部、５１４…第２段階学習用減算器、６５１…左第１推定フィルタ、６５２…左第２推定フィルタ、６６１…右第１推定フィルタ、６６２…右第２推定フィルタ、１１１１…可変フィルタ、１１１２…適応アルゴリズム実行部、１１１３…推定フィルタ、１１１４…減算器、１１１５…補助フィルタ、１１１６…セレクタ。

Claims (7)

  1. 対象体に聞こえる騒音を低減する能動型騒音制御システムであって、
    マイクと、
    騒音を表す騒音信号を入力とする適応フィルタと、
    適応フィルタの出力を騒音キャンセル音として出力するスピーカと、
    前記騒音信号を入力とする、各々異なる複数の位置に対応して設けられた複数の補助フィルタと、
    前記マイクの出力であるマイク出力信号を、いずれかの補助フィルタの出力を用いて補正しエラー信号として前記適応フィルタに出力するエラー補正手段と、
    対象体の位置を検出する位置検出手段と、
    位置検出手段が検出した対象体の位置に前記対応する位置が整合する補助フィルタが変化したときに、当該対応する位置が対象体の位置に整合する補助フィルタを切替後補助フィルタとして、前記エラー補正手段を制御して、前記エラー補正手段から前記エラー信号として出力される信号を、前記マイク出力信号を前記切替後補助フィルタの出力を用いて補正した信号に切り替える切替動作を行う切替制御手段とを有し、
    前記適応フィルタは、前記エラー補正手段から入力するエラー信号が表すエラー用いて、所定の適応アルゴリズムを実行して当該適応フィルタの伝達関数を更新し、
    前記複数の補助フィルタには、対応する位置において、騒音キャンセル音によって騒音がキャンセルされたときに、前記エラー信号が表すエラーが０となる伝達関数として学習した伝達関数が予め設定されており、
    前記切替制御手段は、当該切替動作前に前記マイク出力信号の補正に出力を用いていた補助フィルタを切替前補助フィルタとして、前記切替動作において、前記マイク出力信号を前記切替前補助フィルタの出力を用いて補正した信号が前記エラー信号として出力される時間の比率を徐々にもしくは段階的に０％まで減少し、当該減少分、前記マイク出力信号を前記切替後補助フィルタの出力を用いて補正した信号が前記エラー信号として出力される時間の比率を徐々にもしくは段階的に１００％まで増加することを特徴とする能動型騒音制御システム。
  2. 対象体に聞こえる騒音を低減する能動型騒音制御システムであって、
    マイクと、
    騒音を表す騒音信号を入力とする適応フィルタと、
    適応フィルタの出力を騒音キャンセル音として出力するスピーカと、
    前記騒音信号を入力とする、各々異なる複数の位置に対応して設けられた複数の補助フィルタと、
    前記マイクの出力であるマイク出力信号を、いずれかの補助フィルタの出力を用いて補正しエラー信号として前記適応フィルタに出力するエラー補正手段と、
    対象体の位置を検出する位置検出手段と、
    位置検出手段が検出した前記対象体の位置が変化したときに、二つの補助フィルタであって、当該二つの補助フィルタに対応する二つの位置の間が、当該対象体の位置となる二つの補助フィルタを、第１混合対象補助フィルタと第２混合対象補助フィルタとして、前記エラー補正手段から前記エラー信号として、前記マイク出力信号を第１混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号が出力される時間と、前記マイク出力信号を第２混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号が出力される時間との比率が、前記第１混合対象補助フィルタに対応する位置と前記対象体の位置との距離と前記第２混合対象補助フィルタに対応する位置と前記対象体の位置との距離との比に応じて定まる比率である切替後比率となるように、前記エラー補正手段を制御する切替制御手段とを有し、
    前記適応フィルタは、前記エラー補正手段から入力するエラー信号が表すエラー用いて、所定の適応アルゴリズムを実行して当該適応フィルタの伝達関数を更新し、
    前記複数の補助フィルタには、対応する位置において、騒音キャンセル音によって騒音がキャンセルされたときに、前記エラー信号が表すエラーが０となる伝達関数として学習した伝達関数が予め設定されていることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  3. 請求項２記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記切替制御手段は、前記切替動作において、前記マイク出力信号を第１混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号が前記エラー補正手段から前記エラー信号として出力される時間と、前記マイク出力信号を第２混合対象補助フィルタの出力を用いて補正した信号が前記エラー補正手段から前記エラー信号として出力される時間との比率を、徐々にまたは段階的に前記切替後比率まで変化させることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  4. 請求項１、２または３記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記対象体は、所定の範囲内において変位可能な座席に着座したユーザの頭部であり、
    前記変位範囲内の異なる複数の前記座席の位置について求めた、当該位置にある座席に着座した人体の頭部が標準的に位置する位置の各々が、前記複数の補助フィルタのそれぞれに対応する位置であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  5. 請求項１、２または３記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記マイクと、前記適応フィルタと、前記スピーカと、前記複数の補助フィルタと、前記エラー補正手段とを備えた系統を第１系統と第２系統との二つの系統備え、
    前記第１系統の複数の補助フィルタと前記第２系統の複数の補助フィルタは１対１に対応づけられており、対応づけられた前記第１系統の補助フィルタに対応する位置と前記第２系統の補助フィルタに対応する位置関係は、前記対象体に対して固定された所定の２つの位置の位置関係に一致もしくは近似し、
    前記第１系統の前記適応フィルタと第２系統の前記適応フィルタは、当該第１系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号と、前記第２系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号を用いて、所定の適応アルゴリズムを実行して当該適応フィルタの伝達関数を更新し、
    前記第１系統の前記複数の補助フィルタと前記第２系統の前記複数の補助フィルタには、当該補助フィルタに対応する位置と当該補助フィルタに対応する補助フィルタに対応する位置において、前記第１系統のスピーカと前記第２系統のスピーカが出力する騒音キャンセル音によって騒音がキャンセルされたときに、当該第１系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号と、前記第２系統の前記エラー補正手段が出力するエラー信号とが０となる伝達関数として学習した伝達関数が予め設定されていることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  6. 請求項５記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記対象体は、所定の範囲内において変位可能な座席に着座したユーザの頭部であり、
    前記変位範囲内の異なる複数の前記座席の位置について求めた、当該位置にある座席に着座した人体の左耳が標準的に位置する位置の各々が、前記第１系統の複数の補助フィルタのそれぞれに対応する位置であり、当該位置にある座席に着座した人体の右耳が標準的に位置する位置の各々が、前記第２系統の複数の補助フィルタのそれぞれに対応する位置であり、
    前記対応づけられた前記第１系統の複数の補助フィルタと前記第２系統の複数の補助フィルタとは、同じ座席の位置について対応する位置を求めた前記第１系統の複数の補助フィルタと前記第２系統の複数の補助フィルタであることを特徴とする能動型騒音制御システム。
  7. 請求項４または６記載の能動型騒音制御システムであって、
    前記所定の座席は、自動車の座席であることを特徴とする能動型騒音制御システム。
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