JPH0756583A - 能動雑音消去装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明の能動雑音消去装置は、訓練モ−ドを
必要とせず、広い帯域幅の雑音に対して動作することを
特徴とする。 【構成】雑音消去装置は、雑音の帯域幅を複数の周波数
副帯域に分割し、複数の適応フィルタチャンネルが、そ
れぞれ各副帯域に使用されてその副帯域の雑音エネルギ
を消去する。各チャンネル１２０は、帯域フィルタ１２
１、１３０を含み、チャンネルを特定の副帯域だけの動
作に制限する。重み更新論理回路１２６、１３４でフィ
ルタの重みを更新する動作に、遅延回路１２５、１３３
による遅延が導入される。各チャンネルがその副帯域で
安定に動作するので、雑音消去装置は全ての副帯域を包
含する拡張された雑音帯域幅にわたって動作する。
必要とせず、広い帯域幅の雑音に対して動作することを
特徴とする。 【構成】雑音消去装置は、雑音の帯域幅を複数の周波数
副帯域に分割し、複数の適応フィルタチャンネルが、そ
れぞれ各副帯域に使用されてその副帯域の雑音エネルギ
を消去する。各チャンネル１２０は、帯域フィルタ１２
１、１３０を含み、チャンネルを特定の副帯域だけの動
作に制限する。重み更新論理回路１２６、１３４でフィ
ルタの重みを更新する動作に、遅延回路１２５、１３３
による遅延が導入される。各チャンネルがその副帯域で
安定に動作するので、雑音消去装置は全ての副帯域を包
含する拡張された雑音帯域幅にわたって動作する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は能動雑音消去装置に関
し、特に周波数安定領域が拡張されより広い帯域幅の外
乱を消去することが可能な複数の適応フィルタを用いた
能動雑音消去装置に関するものである。
し、特に周波数安定領域が拡張されより広い帯域幅の外
乱を消去することが可能な複数の適応フィルタを用いた
能動雑音消去装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】能動雑音消去の目的は、妨害雑音源を反
転する波形を生成し、空間の特定の地点でそれを消去す
ることである。能動的に雑音を消去するに際しては、減
算用の波形が生成され、減算は電子的よりむしろ音響的
に行われる。
転する波形を生成し、空間の特定の地点でそれを消去す
ることである。能動的に雑音を消去するに際しては、減
算用の波形が生成され、減算は電子的よりむしろ音響的
に行われる。
【０００３】基本的な能動雑音消去装置では、雑音源が
加速度計やマイクロホンのような局部検知器により測定
される。雑音は音響チャンネルを介して雑音消去が望ま
れる地点へ音響的に伝搬する。その地点には、もう１つ
のマイクロホンが設置されている。目的は、雑音源によ
る音響エネルギ成分を除去することである。
加速度計やマイクロホンのような局部検知器により測定
される。雑音は音響チャンネルを介して雑音消去が望ま
れる地点へ音響的に伝搬する。その地点には、もう１つ
のマイクロホンが設置されている。目的は、雑音源によ
る音響エネルギ成分を除去することである。
【０００４】局部検知器からの測定雑音波形が適応フィ
ルタに入力され、このフィルタの出力がスピ−カを駆動
する。雑音を消去すべき地点に設置したもう１つのマイ
クロホンの出力は、適応フィルタを更新する誤差波形と
して利用される。適応フィルタはその重みを繰返し変更
して、マイクロホンの所である地点での雑音を反転した
ものとできるだけ似ている（最小平均二乗誤差の点で）
スピ−カ出力を発生させる。したがって、誤差波形が最
小のパワ−を持つようにすると、適応フィルタがスピ−
カを反転雑音を発生させるよう駆動して雑音を消去す
る。
ルタに入力され、このフィルタの出力がスピ−カを駆動
する。雑音を消去すべき地点に設置したもう１つのマイ
クロホンの出力は、適応フィルタを更新する誤差波形と
して利用される。適応フィルタはその重みを繰返し変更
して、マイクロホンの所である地点での雑音を反転した
ものとできるだけ似ている（最小平均二乗誤差の点で）
スピ−カ出力を発生させる。したがって、誤差波形が最
小のパワ−を持つようにすると、適応フィルタがスピ−
カを反転雑音を発生させるよう駆動して雑音を消去す
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の能動雑音消去装
置の多くは、フィルタドＸ（filtered−Ｘ）ＬＭＳアル
ゴリズムを使用しているが、これは訓練モ−ドを必要と
する。訓練モ−ドの目的は、ＬＭＳアルゴリズムの帰還
ル−プに補償フィルタを挿入して、それを安定に保つこ
とができるようにシステムに使用されるスピ−カとマイ
クロホンの伝達関数を学習することにある。物理的な状
況が変化すると、訓練モ−ドを再開しなければならな
い。例えば、乗客用の客室内の雑音を消去することに応
用した場合では、窓を開いたり、他の乗客が客室に入っ
てきた都度、若しくは車両が日中暖まってきたりすると
きに、訓練モ−ドを再度行うことが必要になることがあ
る。訓練モ−ドは、車両の乗客にとって好ましくないこ
ともあり得る。
置の多くは、フィルタドＸ（filtered−Ｘ）ＬＭＳアル
ゴリズムを使用しているが、これは訓練モ−ドを必要と
する。訓練モ−ドの目的は、ＬＭＳアルゴリズムの帰還
ル−プに補償フィルタを挿入して、それを安定に保つこ
とができるようにシステムに使用されるスピ−カとマイ
クロホンの伝達関数を学習することにある。物理的な状
況が変化すると、訓練モ−ドを再開しなければならな
い。例えば、乗客用の客室内の雑音を消去することに応
用した場合では、窓を開いたり、他の乗客が客室に入っ
てきた都度、若しくは車両が日中暖まってきたりすると
きに、訓練モ−ドを再度行うことが必要になることがあ
る。訓練モ−ドは、車両の乗客にとって好ましくないこ
ともあり得る。
【０００６】本件出願人の米国特許第５，１１７，４０
１号には、訓練モ−ドを必要としない能動適応雑音消去
装置が記述されている。更新重みの計算に時間遅延を導
入して、消去装置の周波数安定領域を変更する。したが
って、時間遅延値をただ調整して所望の周波数安定領域
を獲得することにより、適応雑音消去を手がけようとし
ているどのような応用にも合うように、容易に順応させ
ることができる機構が得られる。しかしながら、この方
法は遅延を導入しているために周波数安定領域の帯域幅
に対して非常に限られた制御しか行えないという点で限
界がある。
１号には、訓練モ−ドを必要としない能動適応雑音消去
装置が記述されている。更新重みの計算に時間遅延を導
入して、消去装置の周波数安定領域を変更する。したが
って、時間遅延値をただ調整して所望の周波数安定領域
を獲得することにより、適応雑音消去を手がけようとし
ているどのような応用にも合うように、容易に順応させ
ることができる機構が得られる。しかしながら、この方
法は遅延を導入しているために周波数安定領域の帯域幅
に対して非常に限られた制御しか行えないという点で限
界がある。
【０００７】したがって、この発明の目的は、拡張され
た周波数安定領域を有するＬＭＳフィルタアルゴリズム
を利用してより広い帯域幅の外乱を消去することが可能
な能動雑音消去装置を提供することである。
た周波数安定領域を有するＬＭＳフィルタアルゴリズム
を利用してより広い帯域幅の外乱を消去することが可能
な能動雑音消去装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、所
定の雑音帯域幅の雑音を消去するために、消去すべき雑
音を表す雑音検知信号を発生する雑音検知器と、誤差信
号を発生する誤差検知器と、消去用音響信号を発生する
音響出力装置とを具備する能動雑音消去装置に於いて、
各チャンネルが前記雑音検知信号と前記誤差信号とに応
答し、各チャンネルが前記雑音帯域幅を構成する所定の
周波数副帯域に動作が制限されており、チャンネルが動
作する前記周波数副帯域に於ける動作の安定性を達成す
るために能動フィルタの重みを更新する際に遅延を導入
し、各チャンネルがチャンネル出力信号を作り出す複数
の能動フィルタチャンネルと、前記複数のチャンネルの
出力信号を結合し、この結合信号により前記音響出力装
置を駆動して前記消去用音響信号を発生させる手段とを
更に具備することを特徴とする。
定の雑音帯域幅の雑音を消去するために、消去すべき雑
音を表す雑音検知信号を発生する雑音検知器と、誤差信
号を発生する誤差検知器と、消去用音響信号を発生する
音響出力装置とを具備する能動雑音消去装置に於いて、
各チャンネルが前記雑音検知信号と前記誤差信号とに応
答し、各チャンネルが前記雑音帯域幅を構成する所定の
周波数副帯域に動作が制限されており、チャンネルが動
作する前記周波数副帯域に於ける動作の安定性を達成す
るために能動フィルタの重みを更新する際に遅延を導入
し、各チャンネルがチャンネル出力信号を作り出す複数
の能動フィルタチャンネルと、前記複数のチャンネルの
出力信号を結合し、この結合信号により前記音響出力装
置を駆動して前記消去用音響信号を発生させる手段とを
更に具備することを特徴とする。
【０００９】
【作用】この発明の能動雑音消去装置によれば、消去し
ようとする雑音の帯域幅を複数の周波数副帯域に分割
し、それぞれの副帯域で安定性を得るために異なる遅延
量を使用する複数の適応フィルタチャンネルを使用す
る。各チャンネルは複数の帯域フィルタを含み、そのチ
ャンネルを特定の周波数副帯域でのみ動作させると共
に、フィルタの重みを更新する際遅延が導入される。各
チャンネルはその周波数副帯域にわたって安定している
ので、消去装置は全ての副帯域で形成される拡張された
雑音帯域幅にわたって動作する。
ようとする雑音の帯域幅を複数の周波数副帯域に分割
し、それぞれの副帯域で安定性を得るために異なる遅延
量を使用する複数の適応フィルタチャンネルを使用す
る。各チャンネルは複数の帯域フィルタを含み、そのチ
ャンネルを特定の周波数副帯域でのみ動作させると共
に、フィルタの重みを更新する際遅延が導入される。各
チャンネルはその周波数副帯域にわたって安定している
ので、消去装置は全ての副帯域で形成される拡張された
雑音帯域幅にわたって動作する。
【００１０】また、消去装置は、雑音源からの雑音信号
を消去するものであり、そのため雑音信号を示す雑音検
知信号を発生する雑音検知器、音響検知器及び音響出力
装置を具備している。第１及び第２のチャンネルは雑音
検知信号と音響検知信号に応答し、適応フィルタはそれ
ぞれのチャンネル出力信号を生成する。チャンネル出力
信号は、結合されて音響出力装置を駆動する。各チャン
ネルはそれぞれ複数のフィルタを含み、雑音検知信号と
音響検知信号を瀘波することにより、チャンネルの動作
を特定の周波数副帯域に制限している。各チャンネル
は、更にフィルタの重み更新動作を遅延させる遅延手段
を備えている。
を消去するものであり、そのため雑音信号を示す雑音検
知信号を発生する雑音検知器、音響検知器及び音響出力
装置を具備している。第１及び第２のチャンネルは雑音
検知信号と音響検知信号に応答し、適応フィルタはそれ
ぞれのチャンネル出力信号を生成する。チャンネル出力
信号は、結合されて音響出力装置を駆動する。各チャン
ネルはそれぞれ複数のフィルタを含み、雑音検知信号と
音響検知信号を瀘波することにより、チャンネルの動作
を特定の周波数副帯域に制限している。各チャンネル
は、更にフィルタの重み更新動作を遅延させる遅延手段
を備えている。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。
明する。
【００１２】図１は、説明のために米国特許第５，１１
７，４０１号に記述された適応雑音消去（ＡＮＣ）装置
５０を周波数領域(frequency domain)の形式で示したも
のである。この装置は、訓練モ−ドを必要としない。こ
の消去装置の周波数安定領域を説明するために、周波数
領域形式について考察する。雑音源からの雑音ｘ（ｎ）
が高速フ−リエ変換器（ＦＦＴ）５２を通過し、結果の
ＦＦＴ成分ｘω（ｎ）がブロック５４として表されたチ
ャンネル伝達関数Ｐ（ｊω）を有する音響チャンネルを
通過する。ＡＮＣ装置５０は、伝達関数ＨM (jω) を有
するマイクロホン５８と伝達関数ＨS （ｊω）を有する
スピ−カ６０を具備している。音響チャンネル５４は、
本来的にチャンネルの出力をスピ−カの出力の負に加算
する結合機能５６を行う。マイクロホン５８は、結合器
５６からの結合信号に応答する。フ−リエ成分は、伝達
関数Ｇ（ｊω）を有する適応ＬＭＳフィルタ６２をも通
過する。フィルタの重みは、時間Δ（６６）だけ遅れて
マイクロホンの出力により更新される。
７，４０１号に記述された適応雑音消去（ＡＮＣ）装置
５０を周波数領域(frequency domain)の形式で示したも
のである。この装置は、訓練モ−ドを必要としない。こ
の消去装置の周波数安定領域を説明するために、周波数
領域形式について考察する。雑音源からの雑音ｘ（ｎ）
が高速フ−リエ変換器（ＦＦＴ）５２を通過し、結果の
ＦＦＴ成分ｘω（ｎ）がブロック５４として表されたチ
ャンネル伝達関数Ｐ（ｊω）を有する音響チャンネルを
通過する。ＡＮＣ装置５０は、伝達関数ＨM (jω) を有
するマイクロホン５８と伝達関数ＨS （ｊω）を有する
スピ−カ６０を具備している。音響チャンネル５４は、
本来的にチャンネルの出力をスピ−カの出力の負に加算
する結合機能５６を行う。マイクロホン５８は、結合器
５６からの結合信号に応答する。フ−リエ成分は、伝達
関数Ｇ（ｊω）を有する適応ＬＭＳフィルタ６２をも通
過する。フィルタの重みは、時間Δ（６６）だけ遅れて
マイクロホンの出力により更新される。
【００１３】図１のＡＮＣ装置５０の適応フィルタ６２
が、マイクロホン−スピ−カと遅延線の伝達関数の積の
実数部が正、すなわち、実数｛ｅｘｐ（ｊωΔ）Ｈ
m （ｊω）ＨS （ｊω）｝＞０である周波数領域に於い
て安定であることを証明できる。この不等に対する結論
は、｛ｅｘｐ（ｊωΔ）Ｈm （ｊω）ＨS （ｊω）｝の
位相が（２ｎπ−π／２，２ｎπ＋π／２）、ｎ＝１，
２，…，の内側に、すなわち、複素平面の右側になけれ
ばならないことである。
が、マイクロホン−スピ−カと遅延線の伝達関数の積の
実数部が正、すなわち、実数｛ｅｘｐ（ｊωΔ）Ｈ
m （ｊω）ＨS （ｊω）｝＞０である周波数領域に於い
て安定であることを証明できる。この不等に対する結論
は、｛ｅｘｐ（ｊωΔ）Ｈm （ｊω）ＨS （ｊω）｝の
位相が（２ｎπ−π／２，２ｎπ＋π／２）、ｎ＝１，
２，…，の内側に、すなわち、複素平面の右側になけれ
ばならないことである。
【００１４】｛ｅｘｐ（ｊωΔ）Ｈm （ｊω）ＨS （ｊ
ω）｝の位相が、図２に示されている。ここで、Ｈ
m （ｊω）とＨS （ｊω）は、それぞれチェビシェフフ
ィルタとバターワ−スフィルタを基にしている。この例
では、遅延なし、すなわち、Δ＝０の場合については、
適応フィルタの安定領域は、図２の点彩バンド内の｛ｅ
ｘｐ（ｊωΔ）Ｈm （ｊω）ＨS （ｊω）｝の位相を突
止めることにより、見出すことができる。
ω）｝の位相が、図２に示されている。ここで、Ｈ
m （ｊω）とＨS （ｊω）は、それぞれチェビシェフフ
ィルタとバターワ−スフィルタを基にしている。この例
では、遅延なし、すなわち、Δ＝０の場合については、
適応フィルタの安定領域は、図２の点彩バンド内の｛ｅ
ｘｐ（ｊωΔ）Ｈm （ｊω）ＨS （ｊω）｝の位相を突
止めることにより、見出すことができる。
【００１５】安定領域は、ほぼ１乃至２Ｈｚ，１７乃至
４２Ｈｚ，７０乃至１７０Ｈｚ，１５００乃至２９００
Ｈｚ、３４００乃至５０００Ｈｚである。１０，０００
Ｈｚのサンプリング周波数の場合は、７サンプルの遅延
を導入すると、スピ−カ−マイクロホン位相応答関数に
対して、位相曲線を上方に曲げるような作用が生じ、安
定領域がほぼ１乃至２Ｈｚ，１７乃至４２Ｈｚ，７０乃
至１４００Ｈｚ，３０００乃至５０００Ｈｚに変わる。
４２Ｈｚ，７０乃至１７０Ｈｚ，１５００乃至２９００
Ｈｚ、３４００乃至５０００Ｈｚである。１０，０００
Ｈｚのサンプリング周波数の場合は、７サンプルの遅延
を導入すると、スピ−カ−マイクロホン位相応答関数に
対して、位相曲線を上方に曲げるような作用が生じ、安
定領域がほぼ１乃至２Ｈｚ，１７乃至４２Ｈｚ，７０乃
至１４００Ｈｚ，３０００乃至５０００Ｈｚに変わる。
【００１６】このＡＮＣ装置で論じる「周波数安定領
域」とは、適応フィルタがこの周波数範囲内の妨害信号
を抑制するように動作しているときには安定であること
を意味する。逆に、この領域外の信号によっては、適応
フィルタを絶対に安定に保つことはできない。
域」とは、適応フィルタがこの周波数範囲内の妨害信号
を抑制するように動作しているときには安定であること
を意味する。逆に、この領域外の信号によっては、適応
フィルタを絶対に安定に保つことはできない。
【００１７】図２に示した例では、サンプリング周波数
が１０，０００Ｈｚであるときに７サンプルの遅延を導
入することにより、周波数安定領域が遅延なしの場合の
７０乃至１７０Ｈｚの領域と比較すると、７０乃至１４
００Ｈｚに拡張されている。しかしながら、１４００Ｈ
ｚを越えるような周波数安定領域の拡張は、１つだけの
遅延導入では不可能である。これはバルク遅延が直線状
の位相応答を持ち、その傾斜が遅延値に比例するためで
ある。その結果、単一の値のバルク遅延が系の合成位相
応答を安定させることができる周波数範囲が制限されて
しまう。
が１０，０００Ｈｚであるときに７サンプルの遅延を導
入することにより、周波数安定領域が遅延なしの場合の
７０乃至１７０Ｈｚの領域と比較すると、７０乃至１４
００Ｈｚに拡張されている。しかしながら、１４００Ｈ
ｚを越えるような周波数安定領域の拡張は、１つだけの
遅延導入では不可能である。これはバルク遅延が直線状
の位相応答を持ち、その傾斜が遅延値に比例するためで
ある。その結果、単一の値のバルク遅延が系の合成位相
応答を安定させることができる周波数範囲が制限されて
しまう。
【００１８】一方、この発明にしたがって、妨害信号を
異なる遅延量をもって並列に独立に動作する２つの適応
フィルタに入力する前に２つ以上の周波数帯に分割する
と、１４００Ｈｚを越える周波数成分を有する妨害信号
を抑制することが可能である。
異なる遅延量をもって並列に独立に動作する２つの適応
フィルタに入力する前に２つ以上の周波数帯に分割する
と、１４００Ｈｚを越える周波数成分を有する妨害信号
を抑制することが可能である。
【００１９】図３は、時間領域で実現し、複数適応フィ
ルタ装置を具体化したＡＮＣ装置１００のブロック図で
ある。ＡＮＣ装置１００は雑音源９０によって発生さ
れ、ブロック９２で示した音響チャンネル上を伝搬する
雑音音響エネルギを、スピ−カ１５２で音響消去エネル
ギを発生させることにより消去するよう動作する。音響
チャンネルは、本来的にＡＮＣスピ−カ１５２によって
放出された音響エネルギを源９０によって放出された雑
音エネルギから減算する。
ルタ装置を具体化したＡＮＣ装置１００のブロック図で
ある。ＡＮＣ装置１００は雑音源９０によって発生さ
れ、ブロック９２で示した音響チャンネル上を伝搬する
雑音音響エネルギを、スピ−カ１５２で音響消去エネル
ギを発生させることにより消去するよう動作する。音響
チャンネルは、本来的にＡＮＣスピ−カ１５２によって
放出された音響エネルギを源９０によって放出された雑
音エネルギから減算する。
【００２０】装置１００は、誤差、すなわち、残留音響
エネルギを検出し、電気誤差信号をＡＮＣ信号処理チャ
ンネル１２０、１４０へ帰還させるマイクロホン１５４
を具備している。装置１００は、更に源９０により放出
された雑音エネルギを検知する検知器１１０を具備す
る。検知器の出力信号は、異なる周波数帯で動作するチ
ャンネル１２０及び１４０に送られる。チャンネルのそ
れぞれの出力は、ノ−ド１５０で加算され、何れか一方
のチャンネルが単独に行うよりは、広い帯域幅にわたっ
て消去を行う。加算出力がスピ−カ１５２を駆動する。
エネルギを検出し、電気誤差信号をＡＮＣ信号処理チャ
ンネル１２０、１４０へ帰還させるマイクロホン１５４
を具備している。装置１００は、更に源９０により放出
された雑音エネルギを検知する検知器１１０を具備す
る。検知器の出力信号は、異なる周波数帯で動作するチ
ャンネル１２０及び１４０に送られる。チャンネルのそ
れぞれの出力は、ノ−ド１５０で加算され、何れか一方
のチャンネルが単独に行うよりは、広い帯域幅にわたっ
て消去を行う。加算出力がスピ−カ１５２を駆動する。
【００２１】図３のＡＮＣ装置１００は、外乱信号の周
波数帯を２つの別々の周波数帯に効果的に分割し、一方
の適応フィルタは第１の周波数帯で、他方の適応フィル
タは第２の周波数帯で動作する。この周波数分割は、適
応フィルタの入力と誤差検出マイクロホンの出力に、２
対の整合帯域フィルタを配置することにより達成され
る。これらの帯域フィルタは、適応フィルタが帯域外の
エネルギにより励起されて不安定とならないように、適
応フィルタそれぞれの周波数安定領域と整合のとれた帯
域通過特性を持つべきである。
波数帯を２つの別々の周波数帯に効果的に分割し、一方
の適応フィルタは第１の周波数帯で、他方の適応フィル
タは第２の周波数帯で動作する。この周波数分割は、適
応フィルタの入力と誤差検出マイクロホンの出力に、２
対の整合帯域フィルタを配置することにより達成され
る。これらの帯域フィルタは、適応フィルタが帯域外の
エネルギにより励起されて不安定とならないように、適
応フィルタそれぞれの周波数安定領域と整合のとれた帯
域通過特性を持つべきである。
【００２２】図４は、ＡＮＣ信号処理チャンネル１２０
を更に詳細に示すものである。チャンネル１４０は、帯
域フィルタが別の周波数帯に合わせてあることを除けば
チャンネル１２０と同じであるので、詳細な説明は必要
ない。チャンネル１２０は、一対の帯域フィルタ１２１
及び１３０を具備している。フィルタ１２１は雑音源検
知器１１０からの信号を瀘波し、フィルタ１３０は誤差
検知マイクロホン１５４からの信号を瀘波する。これら
のフィルタは、同一の通過帯域を持つように構成されて
いる。
を更に詳細に示すものである。チャンネル１４０は、帯
域フィルタが別の周波数帯に合わせてあることを除けば
チャンネル１２０と同じであるので、詳細な説明は必要
ない。チャンネル１２０は、一対の帯域フィルタ１２１
及び１３０を具備している。フィルタ１２１は雑音源検
知器１１０からの信号を瀘波し、フィルタ１３０は誤差
検知マイクロホン１５４からの信号を瀘波する。これら
のフィルタは、同一の通過帯域を持つように構成されて
いる。
【００２３】フィルタの出力信号は、それぞれのＡ／Ｄ
変換器１２２と１３１によりデジタル化される。変換器
１２２からのデジタル信号は、ＬＭＳアルゴリズムを使
用する再帰的適応ＬＭＳフィルタ１３８を駆動する。フ
ィルタ１３８は、フィ−ドフォ−ワ−ド適応フィルタ１
２３、フィ−ドバックワ−ド適応フィルタ１３２、と加
算ノ−ド１２３を具備しており、"An Adaptive Recursi
ve LMS Filter"（適応再帰的ＬＭＳフィルタ）by P.L.F
eintuch, IEEE Proceedings, Vol.64, No.11,November
1976に記述されている方法で更新される。変換器１２
２からの信号は、遅延回路１２５により遅延される。遅
延されたデジタル信号は、重み更新論理回路１２６に入
力される。もう一方の変換器１３１からのデジタル信号
は、重み更新論理回路１２６と重み更新論理回路１３４
とに入力される。
変換器１２２と１３１によりデジタル化される。変換器
１２２からのデジタル信号は、ＬＭＳアルゴリズムを使
用する再帰的適応ＬＭＳフィルタ１３８を駆動する。フ
ィルタ１３８は、フィ−ドフォ−ワ−ド適応フィルタ１
２３、フィ−ドバックワ−ド適応フィルタ１３２、と加
算ノ−ド１２３を具備しており、"An Adaptive Recursi
ve LMS Filter"（適応再帰的ＬＭＳフィルタ）by P.L.F
eintuch, IEEE Proceedings, Vol.64, No.11,November
1976に記述されている方法で更新される。変換器１２
２からの信号は、遅延回路１２５により遅延される。遅
延されたデジタル信号は、重み更新論理回路１２６に入
力される。もう一方の変換器１３１からのデジタル信号
は、重み更新論理回路１２６と重み更新論理回路１３４
とに入力される。
【００２４】重み更新論理回路１２６は、適応ＬＭＳフ
ィルタ１２３に対する更新重みを与える。フィルタ１２
３の出力は、加算ノ−ド１２４で適応フィルタ１３２か
らの出力と再帰的な関係で加算される。加算出力は、フ
ィルタ１３２を駆動する。加算出力はまた遅延回路１３
３によって遅延され、次いで重み更新回路１３４にもう
一方の入力として供給される。加算デジタル信号はま
た、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３５により
アナログ信号に変換される。変換されたアナログ信号
は、次いで加算器１５０で他のチャンネルの出力と加算
される。両チャンネルの信号の加算出力は、雑音消去ス
ピ−カ１５２を駆動する。
ィルタ１２３に対する更新重みを与える。フィルタ１２
３の出力は、加算ノ−ド１２４で適応フィルタ１３２か
らの出力と再帰的な関係で加算される。加算出力は、フ
ィルタ１３２を駆動する。加算出力はまた遅延回路１３
３によって遅延され、次いで重み更新回路１３４にもう
一方の入力として供給される。加算デジタル信号はま
た、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３５により
アナログ信号に変換される。変換されたアナログ信号
は、次いで加算器１５０で他のチャンネルの出力と加算
される。両チャンネルの信号の加算出力は、雑音消去ス
ピ−カ１５２を駆動する。
【００２５】チャンネル１２０は、米国特許第５，１１
７，４０１号の図４に示された再帰的雑音消去装置４０
と同様な方法で動作する。但し、装置４０はチャンネル
１２０で使用しているような帯域フィルタを使用してい
ない。
７，４０１号の図４に示された再帰的雑音消去装置４０
と同様な方法で動作する。但し、装置４０はチャンネル
１２０で使用しているような帯域フィルタを使用してい
ない。
【００２６】ここで、図３及び図４に示した例示的な実
施例について、外乱信号の帯域幅が７０乃至３２００Ｈ
ｚである場合を考える。
施例について、外乱信号の帯域幅が７０乃至３２００Ｈ
ｚである場合を考える。
【００２７】１個の適応フィルタを具備するＡＮＣ装置
では、その帯域幅を扱うことができないであろう。これ
は、その大きさの帯域幅にわたって十分に位相を補償す
ることができる単一の遅延値が存在しないからである。
ここで説明する発明を使用すれば、そうすることが可能
である。この例では、帯域フィルタ１２１及び１３０は
７０乃至１３００Ｈｚの帯域幅を有し、チャンネル１４
０の対応する帯域フィルタは１３００乃至３２００Ｈｚ
の帯域幅を有する。遅延回路１２５と１３３は、７個の
サンプル（１０，０００Ｈｚのサンプリング速度で）に
相当する遅延を導入し、一方チャンネル１４０の対応す
る遅延回路は４個のサンプルに相当する遅延を導入する
（これらの遅延値の位相応答については図２を参照のこ
と）。これにより、訓練モ−ドを必要とすることなく、
７０乃至３２００Ｈｚの全帯域にわたって能動的な雑音
消去を行うことが可能となる。この発明は、複数の並列
適応フィルタを含む構成を持つように、更に一般化でき
る。
では、その帯域幅を扱うことができないであろう。これ
は、その大きさの帯域幅にわたって十分に位相を補償す
ることができる単一の遅延値が存在しないからである。
ここで説明する発明を使用すれば、そうすることが可能
である。この例では、帯域フィルタ１２１及び１３０は
７０乃至１３００Ｈｚの帯域幅を有し、チャンネル１４
０の対応する帯域フィルタは１３００乃至３２００Ｈｚ
の帯域幅を有する。遅延回路１２５と１３３は、７個の
サンプル（１０，０００Ｈｚのサンプリング速度で）に
相当する遅延を導入し、一方チャンネル１４０の対応す
る遅延回路は４個のサンプルに相当する遅延を導入する
（これらの遅延値の位相応答については図２を参照のこ
と）。これにより、訓練モ−ドを必要とすることなく、
７０乃至３２００Ｈｚの全帯域にわたって能動的な雑音
消去を行うことが可能となる。この発明は、複数の並列
適応フィルタを含む構成を持つように、更に一般化でき
る。
【００２８】図５は、この発明によるＡＮＣ装置２００
による第１の応用例を示す。この応用例では、装置２０
０は電気モ−タやエンジンのような雑音源１９０からの
雑音を打消すために使用されている。ここでは、基準検
知器２０２を用いて雑音源１９０からの雑音信号を測定
している。誤差マイクロホン２０４が、雑音信号を消去
すべき地点に設置される。スピ−カ２０６は雑音源１９
０に隣接して設置され、ＡＮＣ信号処理回路２１０に接
続されている。このＡＮＣ信号処理回路は、雑音源１９
０からの雑音を打消す消去信号を発生させるように、適
当な駆動信号でスピ−カを駆動する。
による第１の応用例を示す。この応用例では、装置２０
０は電気モ−タやエンジンのような雑音源１９０からの
雑音を打消すために使用されている。ここでは、基準検
知器２０２を用いて雑音源１９０からの雑音信号を測定
している。誤差マイクロホン２０４が、雑音信号を消去
すべき地点に設置される。スピ−カ２０６は雑音源１９
０に隣接して設置され、ＡＮＣ信号処理回路２１０に接
続されている。このＡＮＣ信号処理回路は、雑音源１９
０からの雑音を打消す消去信号を発生させるように、適
当な駆動信号でスピ−カを駆動する。
【００２９】ＡＮＣ回路２１０は、図３に示した第１及
び第２のＡＮＣチャンネル１２０及び１４０と、加算器
１５０を具備している。回路２１０は、基準検知器２０
２と誤差マイクロホン２０４から入力信号を受信する。
び第２のＡＮＣチャンネル１２０及び１４０と、加算器
１５０を具備している。回路２１０は、基準検知器２０
２と誤差マイクロホン２０４から入力信号を受信する。
【００３０】図６は、この発明によるＡＮＣ装置２５０
による第２の応用例を示すものであり、自動車のエンジ
ン２４０からテールパイプ２４５を介して放出されるエ
ンジン雑音を低減させるものである。この装置では、基
準検知器２５２はエンジンに隣接して設置され、誤差マ
イクロホン２５４はテールパイプの開孔近くでテールパ
イプ２４５に隣接して配置される。スピ−カ２５６はエ
ンジンと誤差マイクロホン２５４との間のテールパイプ
の開孔に配置されて、反雑音音波を放出してエンジン雑
音を打消す。スピ−カ２５６は、ＡＮＣ信号処理回路２
６０により駆動される。回路２６０は、基準検知器２５
２と誤差マイクロホン２５４から入力信号を受信する。
ＡＮＣ回路２６０は、図３に示した第１及び第２のＡＮ
Ｃチャンネル１２０及び１４０と、加算器１５０を具備
している。
による第２の応用例を示すものであり、自動車のエンジ
ン２４０からテールパイプ２４５を介して放出されるエ
ンジン雑音を低減させるものである。この装置では、基
準検知器２５２はエンジンに隣接して設置され、誤差マ
イクロホン２５４はテールパイプの開孔近くでテールパ
イプ２４５に隣接して配置される。スピ−カ２５６はエ
ンジンと誤差マイクロホン２５４との間のテールパイプ
の開孔に配置されて、反雑音音波を放出してエンジン雑
音を打消す。スピ−カ２５６は、ＡＮＣ信号処理回路２
６０により駆動される。回路２６０は、基準検知器２５
２と誤差マイクロホン２５４から入力信号を受信する。
ＡＮＣ回路２６０は、図３に示した第１及び第２のＡＮ
Ｃチャンネル１２０及び１４０と、加算器１５０を具備
している。
【００３１】図７は、この発明によるＡＮＣ装置３００
による第３の応用例を示しており、ステレオヘッドホン
セット２９０に使用されて妨害雑音波を消去するもので
ある。この装置では、ヘッドホンスピ−カ３０６が雑音
が抑制された音波を発生するために使用される。基準マ
イクロホン３０２は、それぞれの受話口を接続するヘッ
ドホンブリッジ素子に取付けられる。誤差マイクロホン
３０４Ａ及び３０４Ｂが、それぞれスピ−カ３０６Ａ及
び３０６Ｂに隣接して取り付けられて、低減雑音音波を
検知する。
による第３の応用例を示しており、ステレオヘッドホン
セット２９０に使用されて妨害雑音波を消去するもので
ある。この装置では、ヘッドホンスピ−カ３０６が雑音
が抑制された音波を発生するために使用される。基準マ
イクロホン３０２は、それぞれの受話口を接続するヘッ
ドホンブリッジ素子に取付けられる。誤差マイクロホン
３０４Ａ及び３０４Ｂが、それぞれスピ−カ３０６Ａ及
び３０６Ｂに隣接して取り付けられて、低減雑音音波を
検知する。
【００３２】この装置では、ＡＮＣ信号処理回路３０８
Ａ及び３０８Ｂそれぞれの出力信号が、加算器３００Ａ
及び３００Ｂにより左右のオ−ディオデ−タ信号へ加算
され、左右のオ−ディオ源２９５Ａ及び２９５Ｂからの
通信メッセ−ジ、或いは音楽として提供される。各チャ
ンネルの加算信号は、それぞれのスピ−カ３０６Ａ，３
０６Ｂを駆動する。各ＡＮＣ信号処理回路３０８Ａ、３
０８Ｂは、前述の例の場合と同様に、図３に示したＡＮ
Ｃチャンネル１２０及び１４０と、加算器１５０を具備
する。
Ａ及び３０８Ｂそれぞれの出力信号が、加算器３００Ａ
及び３００Ｂにより左右のオ−ディオデ−タ信号へ加算
され、左右のオ−ディオ源２９５Ａ及び２９５Ｂからの
通信メッセ−ジ、或いは音楽として提供される。各チャ
ンネルの加算信号は、それぞれのスピ−カ３０６Ａ，３
０６Ｂを駆動する。各ＡＮＣ信号処理回路３０８Ａ、３
０８Ｂは、前述の例の場合と同様に、図３に示したＡＮ
Ｃチャンネル１２０及び１４０と、加算器１５０を具備
する。
【００３３】回路３０８Ａ及び３０８Ｂは、それぞれ基
準検知器３０２Ａまたは３０２Ｂ、及び誤差マイクロホ
ン３０４Ａまたは３０４Ｂから入力信号を受信する。Ａ
ＮＣ回路は、雑音消去波形を発生し、それぞれのオ−デ
ィオ源２９５Ａまたは２９５Ｂからの所望の音響波形と
共にスピ−カ３０６Ａまたは３０６Ｂを駆動する。もち
ろん、この発明はモノラルヘッドホンセットにも使用で
き、この場合にはＡＮＣ信号処理チャンネルはたったの
１個で良い。
準検知器３０２Ａまたは３０２Ｂ、及び誤差マイクロホ
ン３０４Ａまたは３０４Ｂから入力信号を受信する。Ａ
ＮＣ回路は、雑音消去波形を発生し、それぞれのオ−デ
ィオ源２９５Ａまたは２９５Ｂからの所望の音響波形と
共にスピ−カ３０６Ａまたは３０６Ｂを駆動する。もち
ろん、この発明はモノラルヘッドホンセットにも使用で
き、この場合にはＡＮＣ信号処理チャンネルはたったの
１個で良い。
【００３４】前述の実施例はこの発明の原理を表してい
る特定の実施例の単なる例示にすぎないことと理解され
る。例えば、この発明の雑音消去装置は周波数領域形式
でも実現できる。当業者であればこの発明の範囲及び精
神を逸脱することなく発明の原理にしたがって他の構成
をも容易に案出することができよう。
る特定の実施例の単なる例示にすぎないことと理解され
る。例えば、この発明の雑音消去装置は周波数領域形式
でも実現できる。当業者であればこの発明の範囲及び精
神を逸脱することなく発明の原理にしたがって他の構成
をも容易に案出することができよう。
【００３５】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、拡張さ
れた周波数安定領域を有するＬＭＳフィルタアルゴリズ
ムを利用してより広い帯域幅の外乱を消去することが可
能な能動雑音消去装置を提供することができる。
れた周波数安定領域を有するＬＭＳフィルタアルゴリズ
ムを利用してより広い帯域幅の外乱を消去することが可
能な能動雑音消去装置を提供することができる。
【図１】訓練モ−ドの必要性を取り除くために重みの更
新を遅延させる適応雑音消去装置（ＡＮＣ）を周波数領
域形式で示した図である。
新を遅延させる適応雑音消去装置（ＡＮＣ）を周波数領
域形式で示した図である。
【図２】図１の消去装置についてスピ−カ−マイクロホ
ンと時間遅延回路の伝達関数の積の位相応答を示した特
性図である。
ンと時間遅延回路の伝達関数の積の位相応答を示した特
性図である。
【図３】周波数安定領域を拡大する並列ＡＮＣ処理チャ
ンネルを持つ適応雑音消去装置の概略的ブロック図であ
る。
ンネルを持つ適応雑音消去装置の概略的ブロック図であ
る。
【図４】図３の装置を構成するＡＮＣ処理チャンネル１
２０の概略的ブロック図である。
２０の概略的ブロック図である。
【図５】この発明に従った電気モ−タ／エンジンの雑音
を抑制するＡＮＣ装置の構成例を示した図である。
を抑制するＡＮＣ装置の構成例を示した図である。
【図６】この発明に従ったエンジンの雑音を抑制するＡ
ＮＣ装置の構成例を示した図である。
ＮＣ装置の構成例を示した図である。
【図７】この発明に従ったオ−ディオプログラムの送り
出しを増強するためのＡＮＣ装置の構成例を示した図で
ある。
出しを増強するためのＡＮＣ装置の構成例を示した図で
ある。
５０、１００…適応雑音消去（ＡＮＣ）装置、５２…高
速フ−リエ変換器（ＦＦＴ）、５４、９２…音響チャン
ネル、５６、９４…結合器、５８、１５４…マイクロホ
ン、６０、１５２…スピーカ、６２…適応ＬＭＳフィル
タ（適応フィルタ）、９０…雑音源、１１０…検知器、
１２０、１４０…ＡＮＣ信号処理チャンネル及び帯域フ
ィルタ。
速フ−リエ変換器（ＦＦＴ）、５４、９２…音響チャン
ネル、５６、９４…結合器、５８、１５４…マイクロホ
ン、６０、１５２…スピーカ、６２…適応ＬＭＳフィル
タ（適応フィルタ）、９０…雑音源、１１０…検知器、
１２０、１４０…ＡＮＣ信号処理チャンネル及び帯域フ
ィルタ。
フロントページの続き (72)発明者 アレン・ケイ・ロー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91789、ダイアモンド・バー、ラピド・ビ ュー・ドライブ 1267
Claims (10)
- 【請求項１】 所定の雑音帯域幅の雑音を消去するため
に、消去すべき雑音を表す雑音検知信号を発生する雑音
検知器（１００）と、誤差信号を発生する誤差検知器
（１５４）と、消去用音響信号を発生する音響出力装置
（１５２）とを具備する能動雑音消去装置（１００）に
於いて、 各チャンネルが前記雑音検知信号と前記誤差信号とに応
答し、各チャンネルが前記雑音帯域幅を構成する所定の
周波数副帯域に動作が制限されており、チャンネルが動
作する前記周波数副帯域に於ける動作の安定性を達成す
るために能動フィルタの重みを更新する際に遅延を導入
し、各チャンネルがチャンネル出力信号を作り出す複数
の能動フィルタチャンネル（１２０，１４０）と、 前記複数のチャンネルの出力信号を結合し、この結合信
号により前記音響出力装置を駆動して前記消去用音響信
号を発生させる手段（１５０）とを更に具備することを
特徴とする能動雑音消去装置。 - 【請求項２】 各チャンネルがそれぞれの周波数副帯域
内の信号周波数成分だけを通過させるために前記雑音検
知信号と前記誤差信号を瀘波するための帯域フィルタ手
段（１２１，１３０）を更に具備することを特徴とする
請求項１に記載の能動雑音消去装置。 - 【請求項３】 各チャンネル（１２０，１４０）が再帰
的能動フィルタ手段（１３８）を具備することを特徴と
する請求項１若しくは２に記載の能動雑音消去装置。 - 【請求項４】 各チャンネルの前記周波数副帯域を合わ
せると前記雑音帯域幅を包含することを特徴とする請求
項１乃至３の何れか１に記載の能動雑音消去装置。 - 【請求項５】 各チャンネルが前記雑音検知信号を所定
の遅延量遅延させる遅延手段（１２５）と、この遅延雑
音検知信号に応答してチャンネルを構成する適応フィル
タ手段（１２３）に対する適応フィルタ重み入力を更新
する適応フィルタ重み更新論理手段（１２６）とを更に
具備しており、前記遅延量はチャンネル間で異なること
を特徴とする請求項１乃至４の何れか１に記載の能動雑
音消去装置。 - 【請求項６】 前記複数の適応フィルタチャンネルが、 前記雑音検知器（１１０）と前記音響検知器（１１０）
とに結合されると共に第１の通過帯域を有し、前記雑音
検知信号を瀘波する第１の帯域フィルタ手段（１２１）
と、前記第１の通過帯域を有し、前記音響検知器により
発生された信号を瀘波する第２の帯域フィルタ手段（１
３０）と、第１の帯域フィルタ手段により瀘波された雑
音検知信号を第１の所定の遅延量遅延させるための第１
の遅延手段（１２５）と、前記第１及び第２の帯域フィ
ルタ手段（１２１，１３０）と第１の遅延手段（１２
５）に結合された複数の入力を有し第１のフィルタ出力
を出力する第１の適応フィルタ手段とを具備する第１の
消去チャンネル（１２０）と、 前記雑音検知器と前記音響検知器とに結合されると共に
第２の通過帯域を有し、前記雑音検知信号を瀘波する第
３の帯域フィルタ手段と、前記第２の通過帯域を有し、
前記音響検知器により発生された信号を瀘波する第４の
帯域フィルタ手段と、第１の帯域フィルタ手段により瀘
波された雑音検知信号を第２の所定の遅延量遅延させる
ための第２の遅延手段と、前記第３の帯域フィルタ手
段、前記音響検出器と第２の遅延手段とに結合された複
数の入力を有し第２のフィルタ出力を出力する第２の適
応フィルタ手段とを具備する第２の消去チャンネルとを
具備することを特徴とする請求項１に記載の能動雑音消
去装置。 - 【請求項７】 前記第１の適応フィルタ手段が複数の第
１のフィルタ重みと、前記第２の帯域フィルタの出力に
応答して前記第１のフィルタ重みを調整する第１の重み
更新論理手段（１２６）を具備し、前記第２の適応フィ
ルタ手段が複数の第２のフィルタ重みと、前記第４の帯
域フィルタの出力に応答して前記第２のフィルタ重みを
調整する第２の重み更新論理手段を具備することを特徴
とする請求項６に記載の能動雑音消去装置。 - 【請求項８】 前記第１の遅延量は前記第２の遅延量と
等しくないことを特徴とする請求項７に記載の能動雑音
消去装置。 - 【請求項９】 前記第１及び第２のフィルタ出力信号は
デジタル信号であり、前記結合手段（１５０）はデジタ
ル加算手段から成ることを特徴とする請求項７若しくは
８に記載の能動雑音消去装置。 - 【請求項１０】 前記第１の適応フィルタ手段は再帰的
適応フィルタ手段（１３８）から構成され、 前記第１の帯域フィルタ手段により瀘波された雑音検知
信号に応答し、複数の第１の適応フィルタ重み入力を具
備し、第１の適応フィルタ出力を出力する第１の適応フ
ィルタ（１２３）と、 第１の帯域フィルタ手段により瀘波され、第１の遅延手
段により遅延された雑音検知信号と第２の帯域フィルタ
手段により瀘波された音響検知信号とに応答して前記第
１の適応フィルタ重み入力を適応的に更新するための第
１の重み更新論理手段（１２６）と、 第２の適応フィルタ出力を出力するための第２の適応フ
ィルタ（１３２）と、 前記第１及び第２の適応フィルタ出力を結合して前記第
１のフィルタ出力を出力する手段（１２４）と、 前記第１のフィルタ出力に応答すると共に複数の第２の
適応フィルタ重み入力を具備する第２の適応フィルタ
と、 前記第１のフィルタ出力を第３の所定遅延量遅延する第
３の遅延手段（１３３）と、 前記第３の遅延手段により遅延された第１のフィルタ出
力と前記第２の帯域フィルタ手段により瀘波された音響
検知信号とに応答して第２の適応フィルタ重み入力を適
応的に更新する第２の重み更新論理手段（１３４）とを
具備することを特徴とする請求項７、８若しくは９に記
載の能動雑音消去装置。
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