JPH08123446A

JPH08123446A - 騒音キャンセルシステム

Info

Publication number: JPH08123446A
Application number: JP6264731A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Saito; 望斉藤; Tomohiko Ise; 友彦伊勢
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-17
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP3419911B2

Abstract

(57)【要約】【目的】騒音伝搬系の伝搬特性ｈ及びキャンセル音伝
搬系の伝搬特性ｃをオンラインで一意に決定する。【構成】騒音キャンセルコントローラ３１による騒音
キャンセル制御と並行して、第１、第２の同定手段３
５，３６はそれぞれ、騒音伝搬系３２の伝搬特性ｈ及び
キャンセル音伝搬系３３の伝搬特性ｃを適応信号処理に
よりオンラインで同定する。この場合、第１の同定手段
３５が騒音伝搬系３２の伝搬特性ｈをＫ個のタップ係数
で特定するものとすると、騒音キャンセル信号を出力す
る適応フィルタ３１ｂのタップ係数の数をＫ＋１以上に
する。そして、係数制御部３８はＫ＋１番目以降の少な
くとも１つの係数が非零となるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は Filered-X LMS(Least M
ean Square)アルゴリズムに基づいた適応信号処理によ
り騒音をキャンセルする騒音キャンセルシステムに係
り、特に、キャンセル音伝搬系の伝搬特性（伝達特性）
及び騒音伝搬系の伝搬特性をオンラインで同定して騒音
をキャンセルする騒音キャンセルシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】騒音と逆位相の騒音キャンセル音をスピ
−カから放射して騒音をキャンセルするアクティブノイ
ズ制御（ＡＮＣ）が工場やオフィス等の室内空間、自動
車の車室内空間の騒音をキャンセルするために実用化さ
れている。図６はアクティブ制御により騒音を低減する
従来の騒音キャンセルシステムの構成図であり、自動車
のエンジン音を低減する場合である。１１は騒音源であ
るエンジン、１２はエンジン回転数Ｒを検出する回転数
センサ、１３はエンジン回転数Ｒに応じた周波数を有す
る一定振幅の正弦波信号を参照信号ｘ_nとして発生する
参照信号発生部である。騒音源がエンジンの場合、エン
ジン回転により発生するノイズは周期性を有し、その周
波数はエンジン回転数に依存する。例えば、４気筒エン
ジンの場合、車室内に発生する周期性ノイズはエンジン
回転数の２次高調波が支配的であり、回転数が６００ｒ
ｐｍ（１０ｒｐｓ）の時、車室内に発生するノイズの周
波数は２０Ｈｚ、回転数が６０００ｒｐｍ（１００ｒｐ
ｓ）の時、車室内に発生するノイズの周波数は２００Ｈ
ｚである。参照信号発生部１３は、２次高調波の正弦波
データをＲＯＭに記憶しておき、そのデータを必要に応
じて読み出して出力することにより参照信号ｘ_nを生成
する。尚、このデータの読み出し／出力タイミングはエ
ンジン回転数Ｒに応じてコントロールされ、これにより
エンジン回転数Ｒに応じて発生する周期性ノイズの周波
数を有する参照信号が出力されるようになっている。

【０００３】１４は騒音キャンセルコントローラであ
り、参照信号発生部１３から発生する参照信号ｘ_nを入
力されると共に、車室内の騒音キャンセル点（観測点で
あり例えば運転者の耳元近傍）における騒音Ｓ_nとキャ
ンセル音Ｓc_nの合成音信号をエラ−信号ｅ_nとして入力
され、該エラ−信号が最小となるようにFilered-X LMS
アルゴリズムに基づいた適応信号処理を行って騒音キャ
ンセル信号ｙ_nを出力する。騒音キャンセルコントロー
ラ１４は、適応信号処理部１４ａと、デジタルフィルタ
構成の適応フィルタ１４ｂと、参照信号ｘ_nにスピーカ
から騒音キャンセル点までのキャンセル音伝搬系の伝搬
特性（伝達関数）を畳み込んで適応処理用参照信号（フ
ィルタードリファレンス信号）ｕ_nを作成するフィルタ
（フィルタードリファレンス信号作成用フィルタ）１４
ｃを有している。１５は適応フィルタ出力（騒音キャン
セル信号ｙ_n）をアナログの騒音キャンセル信号に変換
するＤＡコンバータ、１６は騒音キャンセル信号を増幅
するパワ−アンプ、１７は騒音キャンセル音Ｓc_nを放射
するキャンセルスピ−カ、１８は騒音キャンセル点に配
置され、騒音Ｓ_nとキャンセル音Ｓc_nの合成音を検出
し、合成音信号をエラ−信号ｅ_nとして出力するエラ−
マイク、１９はエラー信号ｅ_nを増幅するアンプ、２０
はエイリアスを除去するローパスフィルタ、２０′はロ
ーパスフィルタ出力をデジタルに変換するＡＤコンバー
タである。

【０００４】適応信号処理部１４ａは騒音キャンセル点
におけるエラー信号ｅ_nとフィルタ１４ｃを介して入力
される処理用参照信号ｕ_nを入力され、これら信号を用
いて騒音キャンセル点における騒音をキャンセルするよ
うに適応信号処理を行って適応フィルタ１４ｂの係数を
決定する。例えば適応信号処理部１４ａは周知のFilere
d-X LMSアルゴリズムに従って、エラ−マイク１８から
入力されたエラ−信号ｅnのパワーが最小となるように
適応フィルタ１４ｂの係数を決定する。適応フィルタ１
４ｂは適応信号処理部１４ａにより決定された係数に従
って参照信号ｘ _nにデジタルフィルタ処理を施して騒音
キャンセル信号ｙ_nを出力し、騒音をキャンセルする。
尚、参照信号ｘ_nは、消去したい騒音Ｓ_nと相関の高い信
号でなくてはならず、参照信号と相関のない音は消去さ
れない。

【０００５】適応フィルタ１４ｂは図７に示すように、
ＦＩＲ型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信
号を順次１サンプリング時間遅延する遅延要素ＤＬ，Ｄ
Ｌ・・・と、各遅延要素出力に係数ｗ_0n，ｗ_1n，ｗ_2n・
・・ｗ_(N-1)nを乗算する乗算部ＭＬ，ＭＬ，・・・と、
各乗算部出力を順次加算する加算部ＡＤ，ＡＤ・・・で
実現される。尚、係数の数はタップ数という。現時刻ｎ
・Ｔsにおける参照信号をｘ_n、その時の各乗算部の係数
をｗ_0n，ｗ_1n，ｗ_2n・・・ｗ_(N-1)n、出力(騒音キャン
セル信号)をｙ_nとすれば、適応フィルタ１４ｂは次式ｙ_n＝Σｗ_in・ｘ_n-i(i=0〜N-1) ・・(1) の演算を実行し、騒音キャンセル信号ｙ_nを出力する。

【０００６】フィルタ１４ｃは図８に示すように、ＦＩ
Ｒ型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信号を
順次１サンプリング時間遅延する遅延要素ＤＬ，ＤＬ・
・・と、各遅延要素出力に係数ｃ₀，c₁，c₂，・・・c
_J-1を乗算する乗算部ＭＬ，ＭＬ，・・・と、各乗算部
出力を順次加算する加算部ＡＤ，ＡＤ・・・で実現され
る。係数c₀，c₁，c₂・・・c_J-1は二次音伝搬系（キャン
セル音伝搬系：スピーカから観測点までの系）の伝搬特
性（伝達特性）を模擬するように決定されている。時刻
ｎ・Ｔsにおける参照信号をｘ_n、出力(信号処理用参照
信号)をｕ_nとすれば、信号処理フィルタ１４cは次式ｕ_n＝Σci・ｘ_n-i（i=0〜J-1) ・・(2) の演算を実行して信号処理用参照信号ｕ_nを出力する。

【０００７】適応信号処理部１４ａは、１サンプリング
時刻Ｔs後の次の時刻(ｎ+1)・Ｔsにおける適応フィルタ
１４ｂの係数ｗ_0n+1，ｗ_1n+1，ｗ_2n+1・・・ｗ_(N-1)n+1
を、現時刻ｎ・Ｔにおける係数ｗ_0n，ｗ_1n，ｗ_2n・・・
ｗ_(N-1)nとエラー信号ｅ_nと適応処理用参照信号ｕ_nを用
いて次式（係数更新式）ｗ_jn+1＝ｗ_jn−∇_n ＝ｗ_jn−２μ・ｕ_n・ｅ_n(3) により決定する（但し、j＝0，1，・・・N-1）。(3)式
において、サフィックスnは現サンプリング時刻の値、
サフィックス(n+1)は１サンプリング時刻後の値、サフ
ィックス(n-1)は１サンプリング時刻前の値、サフィッ
クス(n-2)は２サンプリング時刻前の値、・・・を意味して
いる。又、μは適応フィルタの係数を更新するステップ
を決める定数（ステップサイズパラメータ）であり、騒
音キャンセルシステムに応じて適当な値に設定される。

【０００８】エンジン１１が回転すると、その回転数Ｒ
は回転数センサ１２により検出され、参照信号発生部１
３はエンジン回転数Ｒに応じた周波数の参照信号ｘ_nを
発生し、フィルタ１４ｃと適応フィルタ１４ｂに入力す
る。この時、エンジン１１から発生した周期性を有する
エンジン音は、所定の伝達関数を有する騒音伝搬系(一
次音伝搬系)を有する空中を伝播して騒音キャンセル点
に至る。フィルタ１４ｃは参照信号ｘ_nにキャンセル音
伝搬系の伝達特性Ｃ′を畳込んで適応処理用参照信号ｕ
_nを生成して適応信号処理部１４ｃに入力する。以上と
並行して、騒音キャンセル点における騒音とキャンセル
音の合成音（エラー信号）ｅ_nがエラーマイク１８によ
り検出され、アンプ、ローパスフィルタ、ＡＤコンバー
タを介して適応信号処理部１４ａに入力される。

【０００９】適応信号処理部１４ａはエラー信号ｅ_nと
信号処理用参照信号ｕ_nを用いて(3)式に従ってFiltered
-X LMSアルゴリズムに基づいた適応信号処理を行い、適
応フィルタ１４ｂの係数を決定する。適応フィルタ１４
ｂは適応信号処理部１４ａにより決定された係数に従っ
て参照信号ｘ_nにデジタルフィルタ処理を施して騒音キ
ャンセル信号ｙ_nを発生し、ＤＡコンバータ、パワーア
ンプを介してスピーカ１７に入力する。これにより、ス
ピーカ１７から騒音キャンセル音が出力され、キャンセ
ル音伝搬系を介して騒音キャンセル点に到り、騒音をキ
ャンセルするように作用する。以後、上記動作が繰り返
されて騒音はキャンセルされる。図９は騒音源から観測
点までの一次音仮想伝搬系（騒音伝搬系）ｈとスピーカ
から騒音キャンセル点までの二次音伝搬系（キャンセル
音伝搬系）ｃとを用いて騒音キャンセルシステムを表現
したブロック図であり、図６と同一部分には同一符号を
付している。図中、２１はインパルス応答特性ｈを備え
た騒音伝搬系、２２はインパルス応答特性ｃを備えたキ
ャンセル音伝搬系であり、キャンセル音伝搬系２２はス
ピーカ特性も含んでいる。

【００１０】Filtered-X LMSアルゴリズムは、適応のた
めの演算量が少ない等の優れた利点を有しているため、
現在多くのアクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）シ
ステムに採用されている。しかし、キャンセル音伝搬系
の特性ｃが変動し、フィルタ１４ｃの特性ｃ′からずれ
てしまうと、(3)式の∇_nが理想的な場合（ｃ＝ｃ′）と
は異なってしまう。このため、真の勾配方向と異なる方
向に適応が進み、適応フィルタ１４ｂの安定条件や収束
速度、及び収束値がそれぞれに応じて変化してしまう。
又、その結果、ＡＮＣシステムの消音性能も、一般に劣
化するといった問題が生じる。尚、キャンセル音伝搬系
２２の特性ｃとフィルタ１４ｃの特性ｃ′とのずれをモ
デリングエラーという。モデリングエラーに伴う誤動作
を解消するための最も直接的な方法は、キャンセル音伝
搬系の伝達特性ｃの同定をオンラインで行なうことであ
る。かかるオンライン同定法は従来より提案されてい
る。

【００１１】第１の同定法は、エリクソン（(Eriksson)
等により提案されたもので、適応フィルタの出力ｙ_nと
は無相関なランダムノイズｙ_Nを二次音源から放射し、
適応フィルタｃ″を用いて未知系ｃを同定するものであ
る。図１０はかかるオンライン同定法の構成図であり、
１４ｂはFiltered-X LMSアルゴリズムにより騒音をキャ
ンセルするように係数が決定される適応フィルタ、１８
は騒音キャンセル点におけるマイクロフォン、２１は伝
達特性ｈの騒音伝搬系、２２は伝達特性ｃのキャンセル
音伝搬系、２３は適応フィルタ１４ｂの出力信号（騒音
キャンセル信号）ｙ_nと図示しない二次音源から出力さ
れるランダムノイズｙ_Nを加算する演算部、２４は適応
信号処理によりキャンセル音伝搬系２２の伝達特性を同
定する同定部であり、２４ａは適応信号処理により決定
される係数が設定される適応フィルタである。２５は適
応フィルタ２４ａとマイクロフォン１８から出力される
エラー信号ｅ_nの差ε_nを演算する演算部である。適応フ
ィルタ１４ｂは参照信号ｘ_nにのみ相関のある騒音をキ
ャンセルするように動作する。また、キャンセル音伝搬
系２２を同定する同定部２４は、ランダムノイズｙ_Nに
対するキャンセル音伝搬系２２の出力とランダムノイズ
ｙ_Nに対する適応フィルタ２４ａの出力信号の差信号の
パワーＥ［ε_n］が最小となるように動作する。ここ
で、ｘ_Nとｙ_Nとは無相関であるからＥ［ε_n］が最小と
なった時ｃ″＝ｃとなり適応フィルタ２４ａの係数はキ
ャンセル音伝搬系のインパルス応答と一致する。

【００１２】第２の同定法は、タピア（Tapia)等により
提案されたもので、特別な同定用ノイズを用いずに未知
系（ｈ，ｃ）を同定するものである。図１１はかかる第
２のオンライン同定法の構成図である。１４ｂはFilter
ed-X LMSアルゴリズムにより騒音をキャンセルするよう
に係数が決定される適応フィルタ、１８は騒音キャンセ
ル点におけるマイクロフォン、２１は伝達特性ｈの騒音
伝搬系、２２は伝達特性ｃのキャンセル音伝搬系であ
る。２６は適応信号処理により騒音伝搬系２１の伝達特
性ｈを同定する第１の同定部であり、２６ａは適応信号
処理により係数が設定される適応フィルタである。２７
は適応信号処理によりキャンセル音伝搬系２２の伝達特
性ｃを同定する第２の同定部であり、２７ａは適応信号
処理により係数が設定される適応フィルタである。２８
は適応フィルタ２６ａ，２７ａの出力信号を加算する加
算部、２９は加算部２８の出力信号ｅ_n′とマイクロフ
ォン１８から出力されるエラー信号ｅ_nの差信号ε_nを演
算する演算部である。適応フィルタ１４ｂはエラー信号
ｅ_nのパワーＥ｜ｅ_n ²｜が最小になるように動作し、第
１、第２の同定部２６，２７は差信号ε_nのパワーＥ
［ε_n ²］が最小となるように動作する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】第１のオンライン同定
法は、キャンセルしたい真の騒音とは別のランダムノイ
ズを使用するものである。このランダムノイズ（同定用
ノイズ）が騒音キャンセル点でノイズとならないように
するためには、そのレベルを小さくする必要がある。し
かし、同定用ノイズｙ_Nのレベルが小さいと同定誤差が
大きくなり、ある程度のレベルを確保しなければならな
い。しかし、レベルを大きくすると騒音キャンセル点で
該同定用ノイズが大きくなる問題がある。第２のオンラ
イン同定法では、特別の同定用ノイズを用いる必要がな
く、第１のオンライン同定法の問題はない。しかし、こ
の方法では、未知系（ｈ，ｃ）を正しく同定できない場
合がある。

【００１４】図１２は第２のオンライン同定法を用いた
騒音キャンセルシステムの構成図である。１４は騒音キ
ャンセルコントローラ、１４ａはFiltered-X LMSアルゴ
リズムにより適応信号処理を行なう適応処理部、１４ｂ
は適応フィルタ、１４ｃは信号処理フィルタである。１
８は騒音キャンセル点におけるエラー信号ｅ_nを出力す
るマイクロフォン、２１は騒音伝搬系、２２はキャンセ
ル音伝搬系、２６は騒音伝搬系２１の伝達特性ｈを適応
信号処理により同定する第１の同定部であり、２６ａは
適応信号処理部、２６ｂは適応フィルタである。２７は
キャンセル音伝搬系２２の伝達特性ｃを適応信号処理に
より同定する第２の同定部であり、２７ｂは適応信号処
理部、２７ｂは適応フィルタである。２８は適応フィル
タ２６ｂ，２７ｂの出力信号を加算する演算部、２９は
演算部２８の出力信号ｅ_n′とマイクロフォン１８から
出力されるエラー信号ｅ_nの差ε_nを演算する演算部であ
る。

【００１５】第１、第２の同定部２６，２７は適応フィ
ルタ２６ｂ，２７ｂの係数を次式の係数更新式

【数１】により決定する。一方、誤差ε_nは次式

【数２】で与えられる。従って、上記係数更新式は

【数３】となる。

【００１６】両辺の期待値をとると上式は、

【数４】となる。これに、独立理論を適用すると、

【数５】となる。従って、適応フィルタ２６ｂ，２７ｂの収束値
は

【数６】すなわち、

【数７】を満たす値となる。

【００１７】従って、相関行列

【数８】が正則ならば、、

【数９】となり、未知伝達系を正しく同定できる。しかし、相関
行列

【数１０】は特異となることが多々あり、その場合には、未知系を
正確に同定できない。

【００１８】例えば、ｈが１タップ、ｃが１タップ、ｗ
が１タップの場合を考えると、図１２の騒音キャンセル
システムは図１３に示すようになり、同定部の係数更新
式は次式

【数１１】で与えられ、又、誤差ε_nは次式

【数１２】で与えられる。

【００１９】ここで、相関行列

【数１３】の正則性を考察すると、ｙ_n＝ｗ_nｘ_nであるから、

【数１４】となる。従って、相関行列は

【数１５】となる。議論を簡単にするために、以下では、ｗ_n＝ｗ
＝一定とする（キャンセル音用の適応フィルタ１４ｂが
収束した際には、これに近い状態になる）。

【００２０】従って、相関行列は

【数１６】となりこの行列は以下のように書くことができる。

【数１７】右辺第１番目の行列は下三角行列であり、その行列式
は対角項の積で与えられる。それ故、det(Δ）＝０とな
るから、特異行列である。

【００２１】右辺第２番目の行列は自己相関行列であ
り、殆ど常に正定値であり、ほとんど常に正則である。右辺第３番目の行列は上三角行列であり、その行列式
は対角項の積で与えられる。それ故、det(Δ）＝０とな
るから、特異行列である。，の結果より、相関行列が特異となることが理解さ
れる。従って、ｈ，ｃを正しく同定できるとは限らな
い。以上では、ｈ，ｃ，ｗが１タップの場合について説
明したが、一般に適応フィルタ１４ｂのタップ数が騒音
伝搬系２１のタップ数以下の場合にも同様である。例え
ば、ｈが４タップ、ｃが３タップ、ｗが２タップの場
合、相関行列は

【数１８】となり、上記〜が同様にいえる。

【００２２】以上から、本発明の第１の目的は、従来の
第２のオンライン同定法を改良し、未知系（騒音伝搬
系、キャンセル音伝搬系）の伝達特性ｈ，ｃを確実に同
定することができる騒音キャンセルシステムを提供する
ことである。本発明の第２の目的は、同定された伝達特
性を用いてFiltered-X LMSアルゴリズムに基づいた適応
信号処理を行なって騒音キャンセルができる騒音キャン
セルシステムを提供することである。本発明の第３の目
的は、伝達特性ｈ，ｃが変化してもオンラインでこれら
を同定して騒音キャンセルできる騒音キャンセルシステ
ムを提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、騒音源から騒音キャンセル点までの騒音伝搬系の伝
搬特性を適応信号処理により同定する第１の同定手段
と、キャンセル音伝搬系の伝搬特性を適応信号処理によ
り同定する第２の同定手段と、騒音伝搬系の伝搬特性を
Ｋ個のタップ係数で特定する場合、騒音キャンセル信号
を出力する適応フィルタのタップ係数の数をＫ＋１以上
にし、Ｋ＋１番目以降の少なくとも１つの係数が非零と
なるようにする係数決定部を備え、オンラインでキャン
セル音伝搬系の伝搬特性及び騒音伝搬系の伝搬特性を同
定する騒音キャンセルシステムにより達成される。

【００２４】

【作用】騒音キャンセル用の適応信号処理部は、騒音キ
ャンセル点における騒音とキャンセル音の合成音である
エラー信号と、キャンセル音伝搬系の伝搬特性を参照信
号に畳み込んだ適応処理用参照信号とを用いてFilterd-
X LMSアルゴリズムに基づいて適応信号処理を行なって
適応フィルタの係数を決定し、適応フィルタは参照信号
にフィルタリングを施して騒音キャンセル信号を発生
し、キャンセル音発生部は該騒音キャンセル信号を入力
されてキャンセル音を放射し、エラー信号のパワーが最
小となるように制御する。かかる騒音キャンセル制御と
並行して、第１、第２の同定手段はそれぞれ、騒音伝搬
系の伝搬特性ｈ及びキャンセル音伝搬系の伝搬特性ｃを
適応信号処理によりオンラインで同定する。この場合、
第１の同定手段が騒音伝搬系の伝搬特性ｈをＫ個のタッ
プ係数で特定するものとすると、騒音キャンセル信号を
出力する適応フィルタのタップ係数の数をＫ＋１以上に
する。そして、係数決定部はＫ＋１番目以降の少なくと
も１つの係数が非零となるように制御する。このように
すると、確実に騒音伝搬系の伝搬特性ｈ及びキャンセル
音伝搬系の伝搬特性ｃを一意に決定することができる。

【００２５】

【実施例】

(a) 本発明の同定原理従来の第２のオンライン同定法においては、相関行列が
正則にならない場合があり、騒音伝搬系の伝搬特性ｈ及
びキャンセル音伝搬系の伝搬特性ｃを一意に決定するこ
とができない。換言すれば、従来の第２のオンライン同
定法では未知数個分以下の独立な方程式しか作成できな
い場合が存在し、方程式の解が無数に存在する。このた
め、未知系（ｈ，ｃ）を正確に同定することができなか
った。そこで、騒音伝搬系のタップ数をＫ、キャンセル
音伝搬系のタップ数をＪとすれば、未知数の総数はＫ＋
Ｊ個であるから、なんらかの方法でＫ＋Ｊ個の独立な方
程式を構成するようにすれば、これらの未知数を一意に
決定できるといえる。騒音キャンセル用の適応フィルタ
のタップ数をＩとすれば、該タップ数Ｉを（Ｋ＋１）以
上にし、かつ、（Ｋ＋１）番目以降の少なくとも１つの
タップ係数（ｗ_K〜ｗ_I-1の内少なくとも１つの係数）の
収束値を０以外の値となるように制御する。このように
すれば、常に未知数個（Ｋ＋Ｊ個）分以上の独立な方程
式を得ることができる。未知数個（Ｋ＋Ｊ個）分以上の
独立な方程式が得られる場合、相関行列は正則となり、
Ｅ［ε_n ²］を最小にする最適解を一意に決定することが
できる。

【００２６】(b) 本発明の騒音キャンセルシステム (b-1) 構成図１は本発明の騒音キャンセルシステムの構成図であ
る。３１は騒音キャンセルコントローラであり、参照信
号発生部から発生する参照信号ｘ_nを入力されると共
に、車室内の騒音キャンセル点における騒音ｄ_nとキャ
ンセル音ｄ_n′の合成音信号をエラ−信号ｅ_nとして入力
され、該エラ−信号のパワーが最小となるようにFilere
d-X LMSに基づいた適応信号処理を行って騒音キャンセ
ル信号ｙ_nを出力する。騒音キャンセルコントローラ３
１は、適応信号処理部３１ａと、デジタルフィルタ構成
の適応フィルタ３１ｂと、参照信号ｘ_nにスピーカから
騒音キャンセル点までのキャンセル音伝搬系の伝搬特性
（伝達関数）ｃ′を畳み込んで適応処理用参照信号（フ
ィルタードリファレンス信号）ｕ_n′を作成する信号処
理フィルタ（フィルタードＸ信号作成用フィルタ）３１
ｃを有している。

【００２７】３２は伝達特性ｈを有する騒音伝搬系、３
３は伝達特性ｃを有するキャンセル音伝搬系、３４は車
室内の騒音キャンセル点における騒音ｄ_nとキャンセル
音ｄ_n′の合成音信号をエラ−信号ｅ_nとして出力するマ
イクロフォン、３５は騒音伝搬系３２の伝達特性ｈを適
応信号処理により同定する第１の同定部であり、３５ａ
は適応信号処理部、３５ｂは適応信号処理により同定さ
れた騒音伝搬系３２の伝達特性ｈ″が設定される適応フ
ィルタである。３６はキャンセル音伝搬系３３の伝達特
性を適応信号処理により同定する第２の同定部であり、
３６ａは適応信号処理部、３６ｂは適応信号処理により
同定されたキャンセル音伝搬系３３の伝達特性ｃ″が設
定される適応フィルタである。３７は演算部であり、３
７ａは適応フィルタ３５ｂ，３６ｂの出力信号を加算す
る加算部、３７ｂは加算部３７ａの出力信号とマイクロ
フォン３４から出力されるエラー信号ｅ_nの差ε_nを演算
する演算回路である。

【００２８】本発明では、騒音伝搬系３２及び適応フィ
ルタ３５ｂのタップ数をＫ、キャンセル音伝搬系及び適
応フィルタ３６ｂのタップ数をＪ、騒音キャンセルコン
トローラにおける適応フィルタ３１ｂのタップ数をＩと
すれば、該タップ数ＩをＩ≧Ｋ＋１とする。３８は適応
フィルタ３１ｂのＫ＋１番目以降の少なくとも１つのタ
ップの係数がゼロとならないように該タップ係数を決定
するタップ係数制御部である。騒音キャンセル用の適応
フィルタ３１ｂのタップ数をＩとすれば、該タップ数Ｉ
を（Ｋ＋１）以上にし、かつ、（Ｋ＋１）番目以降の少
なくとも１つのタップ係数（ｗ_K〜ｗ_I-1の内少なくとも
１つの係数）の収束値を０以外の値となるように制御す
る。このようにすれば、第１、第２の同定部３５，３６
は差信号ε_nのパワーＥ［ε_n ²］を最小にする最適解
（ｈ″、ｃ″）を一意に決定することができる。

【００２９】(b-2) タップ係数制御部の構成図２はタップ係数制御部３８の構成図であり、３８ａは
所定時間（ブロックという）における第（Ｋ＋１）番目
のタップ係数ｗ_Knの平均値ｗ_n′を計算して出力するブ
ロック平均演算部、３８ｂは前回のブロック平均値と今
回のブロック平均値の差分Δｗ_n′を演算する差分演算
部、３８ｃは差分Δｗ_n′と設定値ＴΔ _wの大小を比較
し、｜Δｗ_n′｜＜ＴΔ_wの時、収束完了信号ＣＥＤを
出力する収束判定部、３８ｄは収束完了時に（Ｋ＋１）
番目のタップ係数ｗ_Knの平均値ｗ _n′と設定値Ｔ_wの大小
を比較し、｜ｗ_n′｜≧Ｔ_wの場合には、適応信号処理部
３１ａにより計算されたタップ係数ｗ_Knを変更せず、｜
ｗ_n′｜＜Ｔ_wの場合には、適応信号処理部３１ａにより
計算されたタップ係数ｗ_Knを設定値ｗ_B（≠０）に変更
する収束値判定部である。タップ係数制御部３８は、係
数収束時におけるタップ係数ｗ_Knの収束値が設定値Ｔ_w
以下の時、すなわち、タップ係数ｗ_Knの収束値がほぼ０
の時、該タップ係数ｗ_Knを設定値ｗ_B（≠０）に変更し
て、０にならないように制御する。

【００３０】(b-3) 動作図１のフィルタ３１ｃはキャンセル音伝搬系を特定する
係数c₀，c₁，ｃ₂・・・c_J-1を用いて(2)の演算を実行し
て信号処理用参照信号ｕ_n′を出力する。適応信号処理
部３１ａは騒音キャンセル点におけるエラー信号ｅ_nと
信号処理用参照信号ｕ_n′を入力され、これらの信号を
用いて(3)式の演算を行なって適応フィルタ３１ｂの係
数ｗ_0n，ｗ_1n，ｗ_2n・・・ｗ_(I-1)nを決定する。適応フ
ィルタ３１ｂは適応信号処理部３１ａにより決定された
係数ｗ_0n，ｗ_1n，ｗ_2n・・・ｗ_(I-1 _)nを用いて(1)式の
演算を実行して騒音キャンセル信号ｙ_nを出力する。騒
音キャンセル信号ｙ_nはキャンセル音伝搬系３３を介し
てキャンセル音信号ｄ_n′となって騒音キャンセル点に
到り、又、騒音（参照信号）は騒音伝搬系３２を介して
騒音キャンセル点に到る。マイクロフォン３４はキャン
セル音信号ｄ_n′と騒音信号ｄ_nとの合成音信号であるエ
ラー信号ｅ_nを検出して騒音キャンセルコントローラ３
１に入力する。以後、上記処理が繰り返され、エラー信
号ｅ_nのパワーＥ［ｅ_n ²］が最小となるように適応フィ
ルタ３１ｂの係数が所定値に収束する。

【００３１】以上と並行して、第１の同定部３５におけ
る適応信号処理部３５ａは、参照信号ｘ_nと差信号ε_nを
入力され、これら信号を用いてLMSアルゴリズムに基づ
いた適応信号処理を行ない、該適応信号処理により差信
号ε_nのパワーＥ［ε_n ²］が最小となるように適応フィ
ルタ３５ｂの係数を決定する。Ｅ［ε_n ²］が最小となる
ように適応フィルタ３５ｂの係数が決定された時、該適
応フィルタ３５ｂは騒音伝搬系３２の伝達特性ｈと略同
一の伝達特性ｈ″を示すことになる。尚、LMSアルゴリ
ズムは(3)式において、ｕ_n＝ｘ_nとした適応信号処理ア
ルゴリズムである。

【００３２】又、第２の同定部３６における適応信号処
理部３６ａは、騒音キャンセル信号ｙ_nと差信号ε_nを入
力され、これら信号を用いてLMSアルゴリズムに基づい
た適応信号処理を行ない、該適応信号処理により差信号
ε_nのパワーＥ［ε_n ²］が最小となるように適応フィル
タ３６ｂの係数を決定する。Ｅ［ε_n ²］が最小となるよ
うに適応フィルタ３６ｂの係数が決定された時、該適応
フィルタ３６ｂはキャンセル音伝搬系３３の伝達特性ｃ
と略同一の伝達特性ｃ″を示すことになる。騒音キャン
セルコントローラ３１はエラー信号ｅ_nのパワーＥ［ｅ_n
²］が最小になるように動作し、第１、第２の同定部３
５，３６は差信号ε_nのパワーＥ［ε_n ²］が最小となる
ように動作する。騒音キャンセル処理によりエラー信号
ｅ_nのパワーＥ［ｅ_n ²］が最小になることを考慮する
と、第１、第２の同定部３５，３６は加算器３７ａの出
力信号ｅ_n′のパワーが最小となるように動作すること
を意味する。従って、第１の同定部３５は参照信号ｘ_n
に対する騒音伝搬系３２の出力と参照信号ｘ_nに対する
適応フィルタ３５ｂの出力信号の差が最小となるように
動作し、又、第２の同定部３６は騒音キャンセル信号ｙ
_nに対するキャンセル伝搬系３３の出力と騒音キャンセ
ル信号ｙ_nに対する適応フィルタ３６ｂの出力信号の差
が零となるように動作する。結局、最終的にｈ″＝ｈ、
ｃ″＝ｃとなるように適応フィルタ３５ｂ，３６ｂの係
数が決定される。以上により同定された騒音キャンセル
音伝搬系の伝達特性ｃ″は信号処理フィルタ３１ｃに設
定され、以後、該伝達関数ｃ″を用いて騒音キャンセル
処理が行なわれる。

【００３３】(c) 本発明の第１適用例ｈのタップ数を１、ｃのタップ数を１、ｗのタップ数を
１とする従来のオンライン同定法では、ｗ_n＝ｗ＝一定
とすると、相関行列は

【数１９】となり、右辺の最初と最後の行列が特異行列となる。こ
のため、ｈ，ｃを正しく同定できるとは限らない。そこ
で、相関行列を正則行列とするためには、なんらかの方
法により、最初と最後の行列

【数２０】を正則行列で置き換えるようにする。

【００３４】このため、本発明では、騒音キャンセル系
の適応フィルタ３１ｂのタップ数を２とし、ｗ_n＝［ｗ
_0n, ｗ_1n］とする、このようにすれば、

【数２１】となり、ｗ₁≠０であれば右辺の最初と最後の行列は正
則行列となる。このため、ｈ，ｃを正しく同定すること
ができる。以上より、ｈ，ｃが共に１タップの場合に
は、適応フィルタを２タップとし、その最終タップｗ₁
の収束値が０とならないように制御すれば、未知系
（ｈ，ｃ）を正確に推定するこができる。

【００３５】図３は従来の同定法でｈ，ｃが求まらな
い理由の説明図である。図３のシステムでは、

【数２２】となる。よって、

【数２３】が得られるだけである。尚、Ｅ［］は期待値を表し、
Ｅ［ｘ_nｅ_n］、Ｅ［ｘ_n ²］はｘ_nとｅ_nの相互相関関数、
及びｘ_nの自己相関関数を表わしているが、これらは既
知である。図３の系はトータルシステム（ｘ_nを入力、
ｅ_nを出力とするシステム）として見た場合にも１タッ
プシステムである。それゆえ、ｘ_n，ｙ_n，ｅ _nから求め
られるのはそのトータルのゲイン（ｇ）のみである。と
ころが、このゲイン（ｇ）は、ｗ，ｈ，ｃに依存してお
り、

【数２４】である。従って、この場合は、ｈ，ｃを決定することが
できない。

【００３６】図４は本発明の同定法でｈ，ｃを求めるこ
とができる理由の説明図である。図４のシステムでは、

【数２５】となる。よって、

【数２６】従って、図４のシステムは、トータルシステムとして見
た場合、２タップＦＩＲシステムである。

【００３７】このシステムの入出力特性は、ｘ_nとｅ_nよ
り決定できるため、その２つのタップ係数値（ｇ₀，
ｇ₁）を求めることができる。そして、これらは、ｗ，
ｈ，ｃに依存しており、

【数２７】である。従ってこの場合、ｗ₁≠０であればｈ，ｃを一
意に決定することができる。

【００３８】(d) 本発明の第２適用例ｈのタップ数を１、ｃのタップ数を１、ｗのタップ数を
３とすると、

【数２８】となる。従って、相関行列は

【数２９】となる。

【００３９】上式はｗ₁＝０の場合には、

【数３０】となり、ｗ₂≠０とすれば、最初と最後の行列は共に正
則行列になる。又、ｗ₂＝０の場合には、

【数３１】となり、ｗ₁≠０とすれば、最初と最後の行列は共に正
則行列になる。すなわち、ｗ₁またはｗ₂のうちどちらか
が少なくとも０でなければ、未知数（ｈ，ｃ）を一意に
求めることができる。換言すれば、最低限、どちらか一
方が０以外の値となるように制御すれば良い。又、
ｗ₁、ｗ₂のいずれもが０でなければ２つの未知数（ｈ，
ｃ）に関して３つの方程式が成立する。このような場合
にも、相関行列は正則となるため、未知数（ｈ，ｃ）を
適応フィルタにより推定すれば、Ｅ［ε _n ²］を最小とす
る最適推定を常に行うことができる。

【００４０】図５は本発明の同定法でｈ，ｃを求めるこ
とができる理由の説明図である。図５のシステムは、ト
ータルシステムとして見た場合、３タップの系であり、

【数３２】が成り立つ。従って、

【数３３】となる。ｇ₀〜ｇ₂は求めることができ、ｗ₀〜ｗ₂も既知
であるから最小自乗解として未知数（ｈ，ｃ）を一意に
決定することができる。

【００４１】(e) 本発明の第３適用例ｈのタップ数を４、ｃのタップ数を３とした場合におけ
るｗのタップ数の決定方法を説明する。未知数は４＋３
＝７であるから７個の独立な方程式が必要である。その
ためには、７時刻を含む系（７タップＦＩＲシステム）
をｗとｃの従属接続により構成しなければならない。い
ま、ｃは３タップ（２次）の系であり、一方７タップ系
は６次の系であるから、ｗは少なくとも４次の系（５タ
ップＦＩＲ型システム）とする必要がある。ｗを５タッ
プとした場合の相関行列の正則性を考察する。

【００４２】

【数３４】である。

【００４３】従って、相関行列

【数３５】は、W₄≠0であれば正則行列になり、未知数（ｈ，ｃ）
が求まる。以上、本発明を実施例により説明したが、本
発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の
変形が可能であり、本発明はこれらを排除するものでは
ない。

【００４４】

【発明の効果】以上本発明によれば、騒音伝搬系の伝搬
特性ｈをＫ個のタップ係数で特定するものとすると、騒
音キャンセル信号を出力する適応フィルタのタップ数を
Ｋ＋１以上にし、Ｋ＋１番目以降の少なくとも１つの係
数が非零となるように制御したから、騒音伝搬系の伝搬
特性ｈ及びキャンセル音伝搬系の伝搬特性ｃを一意に決
定するこができる。又、本発明によれば、同定された伝
達特性を用いてFiltered-X LMSアルゴリズムに基づいた
適応信号処理を行なって消音効果を向上することができ
る。更に、本発明によれば、伝達特性ｈ，ｃが変化して
もオンラインでこれらを同定して騒音キャンセルするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の騒音キャンセルシステムの構成図であ
る。

【図２】タップ係数制御部の構成図である。

【図３】従来の同定方法でｈ，ｃが求まらない理由の説
明図であり、ｈ，ｃ，ｗが１タップの場合の例である。

【図４】本発明の同定法でｈ，ｃを求めることができる
理由の説明図であり、ｈ，ｃが１タップ、ｗが２タップ
の場合の例である。

【図５】本発明の同定法でｈ，ｃを求めることができる
理由の別の説明図であり、ｈ，ｃが１タップ、ｗが２タ
ップの場合の例である。

【図６】従来の騒音キャンセル装置の構成図である。

【図７】適応フィルタの構成図である。

【図８】適応処理用参照信号（フィルタードリファレン
ス信号）を生成するフィルタの構成図。

【図９】一次音、二次音伝搬系を用いて表現した騒音キ
ャンセルシステムのブロック図である。

【図１０】従来の第１のオンライン同定法の説明図であ
る。

【図１１】従来の第２のオンライン同定法の説明図であ
る。

【図１２】第２のオンライン同定法を用いた騒音キャン
セルシステムの構成図である。

【図１３】第２のオンライン同定法を用いた騒音キャン
セルシステムの構成図であり、ｈ，ｃ，ｗが１タップの
場合の例である。

【符号の説明】

３１・・騒音キャンセルコントローラ３１ｂ・・適応フィルタ３２・・騒音伝搬系３３・・キャンセル音伝搬系３５・・騒音伝搬系の伝達特性を同定する第１の同定部３６・・キャンセル音伝搬系の伝達特性を同定する第２
の同定部３７・・演算部３８・・（ｋ＋１）タップ係数決定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】騒音キャンセル点における騒音をキャン
セルするキャンセル音を出力するキャンセル音発生部、
騒音キャンセル点における騒音とキャンセル音の合成音
であるエラー信号を検出するセンサ、騒音源から発生す
る騒音に応じた参照信号を発生する参照信号発生部、キ
ャンセル音発生部からセンサまでのキャンセル音伝搬系
における伝搬特性を参照信号に畳み込んで適応処理用の
参照信号を生成するフィルタ、参照信号発生部から出力
される参照信号に所定のフィルタリングを施して騒音キ
ャンセル信号を発生してキャンセル音発生部に入力する
適応フィルタ、エラー信号と信号適応参照信号を用いて
適応信号処理により騒音キャンセル点における騒音をキ
ャンセルするように前記適応フィルタの係数を決定する
適応信号処理部とを備えた騒音キャンセルシステムにお
いて、騒音源から騒音キャンセル点までの騒音伝搬系の伝搬特
性を適応信号処理により同定する第１の同定手段と、キャンセル音伝搬系における伝搬特性を適応信号処理に
より同定する第２の同定手段と、騒音伝搬系の伝搬特性をＫ個のタップ係数で特定する場
合、前記騒音キャンセル信号を出力する適応フィルタの
タップ係数の数をＫ＋１以上にし、Ｋ＋１番目以降の少
なくとも１つのタップ係数が非零となるように該係数を
制御する係数制御部を備え、オンラインでキャンセル音
伝搬系における伝搬特性及び騒音伝搬系の伝搬特性を同
定することを特徴とする騒音キャンセルシステム。
【請求項２】第１の同定手段の出力信号と第２の同定
手段の出力信号を合成し、合成信号と前記エラー信号と
の差信号を演算する演算部を備え、前記第１の同定手段は、参照信号と該差信号を用いて適
応信号処理を行なう適応信号処理部と、適応信号処理に
より決定された係数を用いて参照信号に所定のフィルタ
リングを施して出力する適応フィルタを備え、前記第２の同定手段は、騒音キャンセル信号と前記差信
号を用いて適応信号処理を行なう適応信号処理部と、適
応信号処理により決定された係数を用いて騒音キャンセ
ル信号に所定のフィルタリング処理を施して出力する適
応フィルタを備えてなることを特徴とする請求項１記載
の騒音キャンセルシステム。