JPH06289881A - 音制御装置 - Google Patents

音制御装置

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JPH06289881A
JPH06289881A JP5077079A JP7707993A JPH06289881A JP H06289881 A JPH06289881 A JP H06289881A JP 5077079 A JP5077079 A JP 5077079A JP 7707993 A JP7707993 A JP 7707993A JP H06289881 A JPH06289881 A JP H06289881A
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JP
Japan
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sound
correlation
filter
adaptive filter
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP5077079A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Sone
敏夫 曽根
Masato Abe
正人 安倍
Kokuyaku Chin
国躍 陳
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Ono Sokki Co Ltd
Original Assignee
Ono Sokki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、複数の一次音源から発せられた音を
検出する複数の音センサと、スピーカ等の二次音源とを
備え、二次音源を駆動して例えば無音もしくは所定の1
つの一次音源から発せられた音のみとなるような制御点
を作り出す音制御装置に関し、従来よりも環境変化に対
する応答を向上させる。 【構成】音信号どうしの相関を低減させる相関除去フィ
ルタを備え、相関の低い音信号をノイズキャンセルのた
めの適応フィルタに入力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の一次音源から発
せられた音を検出する複数の音センサと、スピーカ等の
二次音源とを備え、二次音源を駆動して例えば無音もし
くは所定の1つの一次音源から発せられた音のみとなる
ような制御点を作り出す音制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、防音,遮音対策には、遮音材、吸
音材等を用いることが一般的に行われている。近年、こ
のような受動的な防音,遮音対策のほか、スピーカを備
えそのスピーカから雑音を打消すように音を発するいわ
ゆる能動制御が行われるようになってきた。
【0003】図1は防音のための能動制御の一例を示し
た模式図である。部屋10の内部に複数(ここでは3
つ)のノイズ源S1,S2,S3が存在し、その部屋1
0の内部の所定位置12を静かな環境に保つことを考え
る。そのとき各ノイズ源S1,S2,S3の近傍に各マ
イクロフォン21,22,23を配置してノイズ音を検
出する。また所定位置12の周囲にスピーカ31,3
2,33を配置し、さらに所定位置12にマイクロフォ
ン41,42,43,44を配置する。このような配置
状態において各マイクロフォン21,22,23;4
1,42,43,44で検出した信号を適応フィルタ5
0に入力し、ノイズ源S1,S2,S3から発せられた
ノイズがスピーカ31,32,33から発せられる音で
キャンセルされ、その結果各マイクロフォン41,4
2,43,44で検出される音ができるだけ小さくなる
ように適応フィルタ50で信号処理を行ってスピーカ3
1,32,33を駆動する。これにより部屋10内部の
少くとも所定位置12は静寂な環境が保持されることに
なる。
【0004】適応フィルタ50は、例えばFIR型ディ
ジタルフィルタ等を用いて構成されるが、このフィルタ
50自体は従来広く知られた技術であり、ここでの詳細
説明は省略する。尚、所定位置12を静かな環境に保つ
ことに代えて、所望音源(例えばここでいうノイズ源S
1)から発せられた音のみが所定位置12に伝達される
ように制御することもできるが、ここでは代表例として
所定位置をできるだけ静かな環境に保つことについて説
明を続行する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】例えば図1に示すよう
な音の能動制御においては、例えば図1において部屋1
0の図示しないドアが開閉されたり部屋10の中を人が
移動した場合等、その環境の音響特性が変化したときに
その環境変化に素早く応答し、例えば図1に示す所定位
置12を常に静かな環境に保つことができることが重要
である。
【0006】本発明は、この点に鑑み、従来よりも環境
変化に対する応答を向上させた音制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の音制御装置は、 (1)各所定位置に配置される、複数の一次音源からそ
れぞれ発せられ各所定位置に伝達された音の各混合音を
それぞれ検出して複数の第1の音信号を得る複数の第1
の音センサ (2)単数もしくは複数の二次音源 (3)一次音源から発せられた音および二次音源から発
せられた音の混合音を検出して第2の音信号を得る単数
もしくは複数の第2の音センサ (4)第1の音信号および第2の音信号に基づいて、第
2の音センサで所望の音信号が得られるように二次音源
を駆動する適応フィルタ (5)複数の第1の音センサで得られた複数の第1の音
信号どうしの相関を低減させて相関の低減された音信号
を適応フィルタに入力する相関除去フィルタを備えたこ
とを特徴とするものである。
【0008】ここで上記所望の音信号として無音を表わ
す音信号を選択すると、第2の音センサが配置された場
合が静かな環境に保たれることになる。
【0009】
【作用】例えば図1に示す適応フィルタ50内で実行さ
れる適応アルゴリズムで逐次的にフィルタ係数が更新さ
れて順次所望のフィルタ係数に近づき、その結果最終的
には静かな環境等所望の環境となるが、初期状態からそ
の所望の環境となるまでの間の収束速度τは、 τ ≒ 1/(2μλmin ) ……(1) となる。
【0010】ここでμはステップパラメータと呼ばれる
定数であり、λmin は、適応フィルタへの入力の行列を
U、その行列Uのエルミット転置行列をUH としたとき
の、入力の相関行列R=E[UH U]の最小の固有値で
ある。すなわち、(1)式は、入力の相関行列の最小の
固有値λmin が大きいほど収束速度τが大きく、従って
音響環境の変化に素早く応答することになる。
【0011】ここで、固有値の大小と収束速度との関連
についてのシミュレーション実験について説明する。図
2は、このシミュレーション実験に用いた系を示した図
である。2つのノイズ源S1 ,S2 から発せられたノイ
ズ音を2つのマイクロフォン61,62で収音し、これ
らのマイクロフォン61,62で得られた信号X1 ,X
2 を適応フィルタ63に入力する。また適応フィルタ6
3の出力Y1 ,Y2 は、それぞれ2つのスピーカ64,
65に出力されて、ノイズ源S1 ,S2 から発せられた
ノイズ音をキャンセルするように2つのスピーカ64,
65から音が発せられる。ノイズ源S1 ,S2 から発せ
られたノイズ音とスピーカ64,65から発せられた音
との混合音は2つのマイクロフォン66,67で収音さ
れ、エラー信号E1 ,E2 として適応フィルタ63に入
力される。適応フィルタ63では、エラー信号E1 ,E
2 のパワーができるだけ小さくなるように信号Y1 ,Y
2 を出力する。
【0012】以上の系において、2つのノイズ源S1
2 と2つのマイクロフォン61,62との間の伝達特
性B、および2つのスピーカ64,65と2つのマイク
ロフォン66,67間の伝達特性Cを、それぞれ図示の
ように、
【0013】
【数1】
【0014】と表わす。実験により伝達特性Bを測定し
たところ図3に示すような特性が得られた。尚、この図
3の横軸のfs はサンプリング周波数を表わす。また図
4(A),(B)はそれぞれ図3のように得られた伝達
特性行列B((1)式)から求めた行列式|BBH |の
値、及び行列(BBH )の2つの固有値を示したグラフ
である。
【0015】行列(BBH )の2つの固有値をλ1 ,λ
2 としたとき、 |BBH | = (λ1 ・λ22 ……(3) が成立する。したがって図4(A),(B)はいずれも
固有値の特性を示している。図5は、実験により求めら
れた図3に示す伝達特性を基に、シミュレーションによ
り図2に示すノイズ源S1 ,S2 からホワイトノイズを
発した場合の、マイクロフォン67により得られるエラ
ー信号E2 を示したグラフである。
【0016】(A)〜(E)の順に、それぞれ適応フィ
ルタのフィルタ係数更新回数0回,10000回,10
0000回,300000回の後の結果であり、(E)
には、対比のために、図4(A)と同一の|BBH |が
示されている。これらのグラフから解るように固有値の
小さいところでは収束性が悪く、環境の音響特性が変化
したときに速やかには追随しないことを表わしている。
【0017】伝達関数行列Bの固有値が低下する原因の
1つはB12,B21が零でないこと、即ち、図2に示すマ
イクロフォン61にノイズ源S1 で発せられたノイズ音
のみでなくノイズ源S2 で発せられたノイズ音も入力さ
れ、またマイクロフォン62にノイズ源S2 で発せられ
たノイズ音のみでなくノイズ源S1 で発せられたノイズ
音も入力されることにある。さらに言い換えると、2つ
のマイクロフォン61で得られた信号X1 ,X2 の間に
相関があることである。
【0018】本発明は、この点に着目して完成されたも
のであり、複数の第1の音センサ(図2の2つのマイク
ロフォン61,62に対応する)で得られた複数の第1
の音信号(図2に示す信号X1 ,X2 に対応する)どう
しの相関を低減させて相関の低減された音信号を適応フ
ィルタ(図2の適応フィルタ63に対応する)に入力す
る相関除去フィルタを備えたことにより、適応フィルタ
における収束性が向上し環境の変化に高速に追随する。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
6は、以下に示すシミュレーションにおいて用いた系の
ブロック図である。図2に示す系と異なる点は、相関除
去フィルタ70が配置されている点である。この相関除
去フィルタ70にはマイクロフォン62で得られた信号
2 と減算器71の出力信号X1 ’とが入力され、適応
フィルタ63に入力される2つの信号X1 ’,X2 ’が
できるだけ無相関となるように減算器71に信号を出力
するものであり、この相関除去フィルタ70は、例えば
FIR型ディジタル適応フィルタ等を用いて構成され
る。
【0020】また、ここではノイズ源S1 ,S2 とマイ
クロフォン61,62との間の伝達特性行列Bとして、
11=B12=0.5,B12を変数,B22(1−B21)と
考えた。図7は、変数B12を横軸とした時のコヒーレン
スをプロットしたグラフであり、〇印は、相関除去フィ
ルタ70を作用させる前(以下、「相関除去前」と呼
ぶ)のコヒーレンス、×印は、相関除去フィルタを用い
そのフィルタ係数を1.5×104 回更新した後(以
下、「相関除去後」と呼ぶ)のコヒーレンスを表わして
いる。
【0021】図8は、変数B12を横軸としたときの、ノ
イズ源S1 ,S2 から発せられたノイズ音を100dB
打ち消すまでに必要であった、適応フィルタ63(図6
参照)のフィルタ係数更新回数を表わした図、図9は相
関除去フィルタを用いない場合の行列(BBH )の固有
値及び相関除去フィルタ(伝達関数行列G)を用いた場
合の行列[(GB)(GB)H ]の固有値である。
【0022】図8,図9のいずれも、図7の場合と同様
に、相関除去フィルタを用いた場合を×印、用いない場
合を〇印で示してある。尚、本シミュレーションでは、
2つのノイズ源S1 ,S2 と2つのマイクロフォン6
1,62との間の伝達関数Bの相関を問題としているた
め、スピーカ64,65とマイクロフォン66,67と
の間の伝達関数行列Cとしては、スピーカ64,65か
ら発せられた音がマイクロフォン66,67に入力する
までの時間遅れのみが考慮されてされている。
【0023】図7〜図9から解るように、相関除去フィ
ルタ70を配置し2つのマイクロフォン61,62で得
られた信号X1 ,X2 間の相関を除去した後適応フィル
タ63に入力することにより、小さい方の固有値が相対
的に大きな値となり、100dBの打ち消し量が得られ
るまでのフィルタ係数の更新回数が約半分で済む。即
ち、約2倍の応答速度が得られる。
【0024】尚、ここでは、ノイズ源S1 ,S2 、ノイ
ズ音を収録するマイクロフォン61,62、スピーカ6
4,65、エラー音を収録するマイクロフォン66,6
7がいずれも2個の系についてシミュレーションを行っ
たが、本発明は、2以上の複数のノイズ源が存在する場
合に有効であり、上記のようにノイズ源等が2個の場合
に限られるものではない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、音信
号どうしの相関を低減させる相関除去フィルタを備え、
相関の低い音信号をノイズキャンセルのための適応フィ
ルタに入力する構成としたため、環境の変化に対する応
答の早い音制御装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は防音のための能動制御の一例を示した模
式図である。
【図2】固有値の影響を調べるためのシミュレーション
実験に用いた系を示した図である。
【図3】実験により求めたノイズ源とマイクロフォンと
の間の伝達関数Bを示したグラフである。
【図4】行列式|BBH |の値、及び行列(BBH )の
2つの固有値を示したグラフである。
【図5】ノイズ除去のシミュレーション結果を示した図
である。
【図6】本発明のシミュレーションにおいて用いた系の
ブロック図である。
【図7】コヒーレンスをプロットしたグラフである。
【図8】ノイズ源S1 ,S2 から発せられてノイズ音を
100dB打ち消すまでに必要であった、適応フィルタ
のフィルタ係数更新回数を表わした図である。
【図9】相関除去フィルタを用いない場合の行列(BB
H )の固有値及び相関除去フィルタ(伝達関数行列G)
を用いた場合の行列[(GB)(GB)H ]の固有値を
示した図である。
【符号の説明】
1 ,S2 ノイズ源 61,62 マイクロフォン 63 適応フィルタ 64,65 スピーカ 66,67 マイクロフォン 70 相関除去フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000145806 株式会社小野測器 神奈川県横浜市緑区白山一丁目16番1号 (72)発明者 曽根 敏夫 宮城県仙台市太白区緑ケ丘4丁目9番5号 (72)発明者 安倍 正人 宮城県仙台市泉区高森6丁目8番地の3 (72)発明者 陳 国躍 宮城県仙台市宮城野区幸町3丁目5番 4 −308

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各所定位置に配置される、複数の一次音
    源からそれぞれ発せられ前記各所定位置に伝達された音
    の各混合音をそれぞれ検出して複数の第1の音信号を得
    る複数の第1の音センサと、 単数もしくは複数の二次音源と、 前記一次音源から発せられた音および前記二次音源から
    発せられた音の混合音を検出して第2の音信号を得る単
    数もしくは複数の第2の音センサと、 前記第1の音信号および前記第2の音信号に基づいて、
    前記第2の音センサで所望の音信号が得られるように前
    記二次音源を駆動する適応フィルタと、 前記複数の第1の音センサで得られた前記複数の第1の
    音信号どうしの相関を低減させて相関の低減された音信
    号を前記適応フィルタに入力する相関除去フィルタとを
    備えたことを特徴とする音制御装置。
  2. 【請求項2】 前記所望の音信号が無音を表わす音信号
    であることを特徴とする請求項1記載の音制御装置。
JP5077079A 1993-04-02 1993-04-02 音制御装置 Pending JPH06289881A (ja)

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JP5077079A JPH06289881A (ja) 1993-04-02 1993-04-02 音制御装置

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JP5077079A JPH06289881A (ja) 1993-04-02 1993-04-02 音制御装置

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JPH06289881A true JPH06289881A (ja) 1994-10-18

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JP5077079A Pending JPH06289881A (ja) 1993-04-02 1993-04-02 音制御装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010237438A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Kajima Corp 参照信号加工装置、参照信号加工装置を有する能動騒音制御装置及び能動騒音制御システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010237438A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Kajima Corp 参照信号加工装置、参照信号加工装置を有する能動騒音制御装置及び能動騒音制御システム

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021015