JPWO2014006846A1 - 能動騒音低減装置および能動騒音低減方法 - Google Patents

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Abstract

能動騒音低減装置は、二次騒音を発生する二次騒音源と、二次騒音と騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を出力する誤差信号源と共に用いられる。μ調整部は、信号の振幅に相当する基準代表入力値の、その信号の振幅に相当する代表入力値に対する比を、基準ステップサイズパラメータに乗じることにより、適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップサイズパラメータを算出する。

Description

本発明は、騒音にキャンセル音を干渉させることでこの騒音を低減する能動騒音低減装置及び能動騒音低減方法に関する。
近年、自動車等の車両の走行中に発生する騒音を車室内でキャンセルし、運転者や添乗者に聞こえる騒音を低減する能動騒音低減装置が実用化されてきている。図19は車両の車室等の空間S1で聞こえる騒音N0を低減する従来の能動騒音低減装置901のブロック図である。能動騒音低減装置901は、参照信号源1と二次騒音源2と誤差信号源3と信号処理装置904とを備える。
参照信号源1は車両のシャーシに設置された加速度センサや空間S1に設置されたマイクロフォン等の振動を検出するセンサであり、騒音N0と相関のある参照信号x(i)を出力する。二次騒音源2は二次騒音N1を発生する空間S1に設置されるスピーカである。誤差信号源3は空間S1における騒音N0と二次騒音N1とが干渉した残留音に対応する誤差信号e(i)を出力する空間S1に設置されるマイクロフォンである。
信号処理装置904は、適応フィルタ(以下、ADF)部5と、模擬音響伝達特性フィルタ(以下、Chat)部6と、最小二乗平均(以下、LMS)演算部7とを有し、サンプリング周期Tの離散時間で動作する。
ADF部5は、サンプリング周期Tごとに値が更新されるN個のフィルタ係数w(k)、(ここで、k=0,1,…,N−1)からなる有限インパルス応答(以下、FIR)型の適応フィルタで構成される。現時点であるn番目のステップのフィルタ係数w(k,n)は、非特許文献1や非特許文献2に記載されているフィルタードX−LMS(以下、FxLMS)アルゴリズムにより更新される。ADF部5はフィルタ係数w(k,n)と参照信号x(i)を用いて現時点であるn番目のステップでの二次騒音信号y(n)を(数1)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6は信号処理装置904の二次騒音信号y(i)を出力する出力端から誤差信号e(i)を取得する入力端の間の音響伝達特性C(i)を模擬した時不変のフィルタ係数C^からなるFIR型のフィルタを有している。Chat部6はフィルタ係数C^と参照信号x(i)とをフィルタリング演算すなわち畳み込み演算して得られる濾波参照信号r(i)を作成する。
LMS演算部7は、現時点であるn番目のステップでの濾波参照信号R(n)と誤差信号e(n)とステップサイズパラメータμとを用いて、ADF部5の現時点でのフィルタ係数W(n)を(数2)のように更新し、次時点である次の(n+1)番目のステップでのフィルタ係数W(n+1)を求める。
Figure 2014006846
ここで、ADF部5のフィルタ係数W(n)は現時点であるn番目のステップのN個のフィルタ係数w(k,n)で構成されるN行1列のベクトルであり、(数3)で表す。
Figure 2014006846
また、濾波参照信号R(n)は、現時点から(N−1)個のステップ分の過去までのN個の濾波参照信号r(i)を表すN行1列のベクトルである。
能動騒音低減装置901は、(数2)によりサンプリング周期TごとにADF部5のフィルタ係数W(i)を更新することで、誤差信号源3の位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号y(i)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
ステップサイズパラメータμはADF部5の1回あたりの更新量つまり収束速度を調整するパラメータであるとともに、適応動作の安定性を決定付ける重要なパラメータである。能動騒音低減装置901が安定して動作するためには、ステップサイズパラメータμを参照信号x(i)が最大の場合にもフィルタ係数W(i)が発散しない値に設定する必要がある。フィルタ係数W(i)が収束するためのステップサイズパラメータμの条件は非特許文献3などに記載されている(数4)である。
Figure 2014006846
ここで、λMAXは濾波参照信号R(n)の自己相関行列の最大固有値である。FxLMSアルゴリズムを用いた一般的な能動騒音低減装置901において、ステップサイズパラメータμの値は、(数4)を基に参照信号と騒音のレベル変動を考慮して決定される。通常は安定性が優先されるため、ある程度の余裕を見てステップサイズパラメータμを小さめの値に設定する場合が多い。
しかし、ステップサイズパラメータμを小さく設定すると1ステップごとのフィルタ係数W(i)の更新量が小さくなり、騒音N0を十分に低減する効果を得るのに時間を要する。
このため、残差や収束量に応じてステップサイズパラメータμを求める特許文献1〜3等に、ステップサイズパラメータμを固定せずに可変にすることでフィルタ係数W(i)を早く収束させるいくつかの従来の能動騒音低減装置が提案されている。
特開2004−64681号公報 特開平6−130970号公報 特開平8−179782号公報 特開2001−142468号公報 特開平10−307590号公報
Barnard Widrow & Samuel D.Stearns著、「ADAPTIVE SIGNAL PROCESSING」、Prentice Hall、1985年(P288) P.A.Nelson & S.J.Elliott著、「Active Control of Sound」、Academic Press、1992年(P196) Scott D.Snyder & Colin H.Hansen著、「The Effect of Transfer Function Estimation Errors on the Filtered−X LMS Algorithm」、IEEE、TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING、vol.42、No.4、APRIL、1994年
能動騒音低減装置は、参照信号源と二次騒音源と誤差信号源と共に用いられるように構成されている。参照信号源は騒音と相関のある参照信号を出力する。二次騒音源は二次騒音信号に対応する二次騒音を発生する。誤差信号源は二次騒音と騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を出力する。能動騒音低減装置は、参照信号を受ける第一の入力端と誤差信号を受ける第二の入力端と二次騒音信号を出力する出力端とを有する信号処理装置を備える。信号処理装置は、適応フィルタ部と、模擬音響伝達特性フィルタ部と、最小二乗平均演算部と、μ調整部とを有する。適応フィルタ部は、参照信号に基づき二次騒音信号を出力する。模擬音響伝達特性フィルタ部は、出力端から第二の入力端までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で参照信号を補正して濾波参照信号を出力する。最小二乗平均演算部は、誤差信号と濾波参照信号とステップサイズパラメータとを用いて適応フィルタ部のフィルタ係数を更新する。μ調整部は、ステップサイズパラメータを決定する。μ調整部は、参照信号と濾波参照信号と誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出するように動作する。また、μ調整部は、参照信号と濾波参照信号と誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、代表入力値が基準代表入力値である場合にフィルタ係数が収束するステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを記憶するように動作する。また、μ調整部は、基準代表入力値の代表入力値に対する比を基準ステップサイズパラメータに乗じることによりステップサイズパラメータを算出するように動作する。上記構成によりこの能動騒音低減装置は騒音を低減する。
また、他の能動騒音低減装置は二次騒音源と誤差信号源と共に用いられるように構成されている。二次騒音源は二次騒音信号に対応する二次騒音を発生する。誤差信号源は二次騒音と騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を出力する。その能動騒音低減装置は、誤差信号を受ける入力端と二次騒音信号を出力する出力端とを有する信号処理装置を備える。信号処理装置は、適応フィルタ部と、模擬音響伝達特性フィルタ部と、最小二乗平均演算部と、μ調整部とを有する。適応フィルタ部は、参照信号に基づき二次騒音信号を出力する。模擬音響伝達特性フィルタ部は、出力端から入力端までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で参照信号を補正して濾波参照信号を出力する。最小二乗平均演算部は、誤差信号と濾波参照信号とステップサイズパラメータとを用いて適応フィルタ部のフィルタ係数を更新する。μ調整部は、ステップサイズパラメータを決定する。μ調整部は、濾波誤差信号と誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出するように動作する。μ調整部は、濾波誤差信号と誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、代表入力値が基準代表入力値である場合にフィルタ係数が収束するステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを記憶するように動作する。μ調整部は、基準代表入力値の代表入力値に対する比を基準ステップサイズパラメータに乗じることによりステップサイズパラメータを算出するように動作することで騒音を低減する。
また、能動騒音低減方法は上記の動作で騒音を低減することができる。
図1は本発明の実施の形態1における能動騒音低減装置のブロック図である。 図2は実施の形態1における能動騒音低減装置が搭載された移動体の概略図である。 図3は比較例の能動騒音低減装置のフィルタ係数の収束特性を示す図である。 図4は他の比較例の能動騒音低減装置のフィルタ係数の収束特性を示す図である。 図5は比較例の能動騒音低減装置のフィルタ係数の収束特性を示す図である。 図6は実施の形態1における能動騒音低減装置のフィルタ係数の収束特性を示す図である。 図7は実施の形態1における能動騒音低減装置のフィルタ係数の収束特性を示す図である。 図8は実施の形態1における他の能動騒音低減装置のブロック図である。 図9は本発明の実施の形態2における能動騒音低減装置のブロック図である。 図10は実施の形態2における能動騒音低減装置が搭載された移動体の概略図である。 図11は実施の形態2における他の能動騒音低減装置のブロック図である。 図12は本発明の実施の形態3における能動騒音低減装置のブロック図である。 図13は実施の形態3における能動騒音低減装置が搭載された移動体の概略図である。 図14は本発明の実施の形態4における能動騒音低減装置のブロック図である。 図15は実施の形態4における能動騒音低減装置が搭載された移動体の概略図である。 図16は本発明の実施の形態4における特別な場合の能動騒音低減装置のブロック図である。 図17は本発明の実施の形態5における能動騒音低減装置のブロック図である。 図18は本発明の実施の形態6における能動騒音低減装置のブロック図である。 図19は従来の能動騒音低減装置のブロック図である。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における能動騒音低減装置101のブロック図である。図2は能動騒音低減装置101が搭載された移動体102の概略図である。実施の形態1における移動体102は車室等の空間S1を有する車両である。能動騒音低減装置101は参照信号源1と二次騒音源2と誤差信号源3と信号処理装置4とで構成される。信号処理装置4が参照信号x(i)と誤差信号e(i)とに応じて二次騒音信号y(i)を出力する。二次騒音源2が二次騒音信号y(i)を再生して発生させる二次騒音N1を空間S1内に生じている騒音N0に干渉させることによって騒音N0を低減する。
参照信号源1は騒音N0と相関のある参照信号x(i)を出力するトランスデューサであり、移動体102のシャーシに設置されている。すなわち、参照信号源1は参照信号x(i)を発生する参照信号生成部として機能するトランスデューサであり、参照信号源1はエンジン、車軸、タイヤ、タイヤハウス、ナックル、アーム、サブフレーム、ボディーなど騒音N0の騒音源あるいは騒音伝達経路に設置されてもよく、振動や音を検出する加速度センサやマイクロフォン等を用いることができ、エンジンに対するタコパルスなど騒音源の動作に関連する信号を用いてもよい。
二次騒音源2は二次騒音信号y(i)を出力して二次騒音N1を発生させるトランスデューサであり、空間S1内に設置されるスピーカを用いることができる。二次騒音源2は移動体102のルーフ等の構造物に設置したアクチュエータ等でもよく、この場合アクチュエータの出力によって加振された構造物から放射される音が二次騒音N1にあたる。また、二次騒音源2は一般に二次騒音信号y(i)を増幅する電力増幅部を有するか、外部に設けた電力増幅器によって増幅された二次騒音信号y(i)によって駆動されることが多い。実施の形態1では電力増幅部は二次騒音源2に含まれるが、これは実施の形態を制限するものではない。
誤差信号源3は空間S1における騒音N0と二次騒音N1とが干渉した残留音を検出し、残留音に対応する誤差信号e(i)を出力するマイクロフォン等のトランスデューサであり、騒音N0を低減する空間S1内に設置されることが望ましい。
信号処理装置4は、参照信号x(i)を取得する入力端41と誤差信号e(i)を取得する入力端43と、二次騒音信号y(i)を出力する出力端42と参照信号x(i)と誤差信号e(i)とを元に二次騒音信号y(i)を算出する演算部とを有する。入力端41、43および出力端42は低域通過フィルタ等のフィルタ部や信号の振幅や位相を調整する信号調整器を含んでもよい。演算部はサンプリング周期Tの離散時間で動作するマイコンやDSPなどの演算装置であり、少なくとも適応フィルタ(以下、ADF)部5と模擬音響伝達特性フィルタ(以下、Chat)部6と最小二乗平均(以下、LMS)演算部7とステップサイズパラメータを算出するμ調整部8とを有する。
ADF部5はフィルタードX−LMS(以下、FxLMS)アルゴリズムによりサンプリング周期Tごとに値が更新されるN個のフィルタ係数w(k)、(k=0,1,…,N−1)からなる有限インパルス応答(以下、FIR)フィルタで構成される。ADF部5は、現時点であるn番目のステップにおける二次騒音信号y(n)をフィルタ係数w(k,n)と参照信号x(i)を(数5)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6は出力端42と誤差信号e(i)の入力端43との間の音響伝達特性C(i)を模擬したフィルタの係数C^(i)を有している。音響伝達特性C(i)には出力端42と誤差信号e(i)の入力端43の間での二次騒音源2の特性や空間S1の音響特性に加えて、出力端42と入力端43に含まれるフィルタの特性やディジタルアナログ変換およびアナログディジタル変換による信号の遅延を内包してもよい。実施の形態1ではChat部6はN個の時不変なフィルタ係数c^(k)、(k=0,1,…,N−1)からなるFIRフィルタで構成する。Chat部6のN行1列のベクトルであるフィルタ係数C^を(数6)で表現する。
Figure 2014006846
Chat部6は特許文献4や特許文献5などの手法によって更新あるいは補正される時変なフィルタ係数c^(k,n)とすることもできる。
Chat部6は(数6)に示すフィルタ係数C^と参照信号X(n)とを(数7)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算して得られる濾波参照信号r(n)を作成する。
Figure 2014006846
参照信号X(n)は現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の参照信号x(i)からなる(数8)で表すN行1列のベクトルである。
Figure 2014006846
μ調整部8は予め定めた基準となるステップサイズパラメータである所定の基準ステップサイズパラメータμREFと、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点であるn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を出力する。
LMS演算部7は、現時点であるn番目のステップでの濾波参照信号R(n)と誤差信号e(n)とステップサイズパラメータμ(n)とを用いて、ADF部5のフィルタ係数W(n)をFxLMSアルゴリズムによって更新し、次の時点である(n+1)番目のステップにおけるフィルタ係数W(n+1)を(数9)のように算出する。
Figure 2014006846
ADF部5のフィルタ係数W(n)は現時点であるn番目のステップでのN個のフィルタ係数w(k,n)、(k=0,1,…,N−1)で構成されるN行1列のベクトルであり、(数10)で表す。
Figure 2014006846
濾波参照信号R(n)は現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の濾波参照信号r(i)からなるN行1列のベクトルであり、(数11)で表す。
Figure 2014006846
以上のように、能動騒音低減装置101は(数9)に基づいてサンプリング周期TごとにADF部5のフィルタ係数W(i)を更新することで、誤差信号源3の位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号y(i)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
以下にμ調整部8の動作に関して詳しく説明する。ステップサイズパラメータμはLMSアルゴリズムによるフィルタ係数W(i)の収束特性を調整する重要なパラメータであり、一般に濾波参照信号r(i)の自己相関行列の固有値λ(l)、(l=0,1,…,N−1)との関連で収束特性が議論される。適応動作が安定的に行われるすなわち平均二乗誤差が収束するためには、ステップサイズパラメータμと自己相関行列の最大固有値λMAXが(数12)の関係を満たす必要がある。
Figure 2014006846
特に、能動騒音低減装置101を移動体102に搭載する場合には、走行条件による騒音N0の変化すなわち参照信号x(i)の変化に伴い濾波参照信号r(i)が時々刻々と変動する。いかなる走行条件の場合にもフィルタ係数W(i)が発散しない値に設定するためには、ステップサイズパラメータμが現時点であるn番目のステップでLMS演算部7が用いる濾波参照信号R(n)の自己相関行列の最大固有値λMAX(n)に対して(数12)を満たすことが必要となる。一般に、ステップサイズパラメータμには最大固有値λMAX(n)の最大値を予測し、その10分の1から1000分の1程度の値が選ばれる。一方でステップサイズパラメータμを小さく設定すると1ステップごとのフィルタ係数W(i)の更新量が小さくなり、収束速度が低くなる。なお、LMSアルゴリズムの収束速度の時定数はμ分の1に比例する。これは、ステップサイズパラメータμを小さく設定すると走行条件による騒音N0の変化に対して、騒音低減効果が追従しにくくなることを意味している。さらには騒音N0が小さいような走行条件になるほどフィルタ係数W(i)の更新量が小さくなることから、不適当なフィルタ係数W(i)の改善が遅くなり、出力される二次騒音N1により増音した状態が続いてしまう危険性も生じることとなる。そこで実施の形態1における能動騒音低減装置101では、μ調整部8はステップサイズパラメータμ(i)をステップ毎に最適な値に調整している。
μ調整部8は移動体102の基準となる走行条件における濾波参照信号r(i)である基準濾波参照信号rREF(i)の振幅を示す指標である基準代表入力値dREFと、基準ステップサイズパラメータμREFを記憶する。さらに、μ調整部8は基準代表入力値dREFに対応する濾波参照信号r(i)の振幅を示す指標である代表入力値d(i)を求める。
μ調整部8は、記憶した基準代表入力値dREFと基準ステップサイズパラメータμREFと、代表入力値d(n)からn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を算出する。
まず、基準代表入力値dREFと基準ステップサイズパラメータμREFを定める動作を説明する。実施の形態1では、濾波参照信号r(i)の振幅が最大となる走行条件を基準走行条件に設定する。濾波参照信号r(i)の振幅が最大となる走行条件は例えば移動体102が凹凸の大きい路面を走行するときである。基準濾波参照信号rREF(i)は、基準走行条件での移動体102の実際の走行実験や振動実験等の実験によって濾波参照信号r(i)を計測して求めてもよいし、CAEなどシミュレーションによって求めてもよい。基準代表入力値dREFは基準濾波参照信号rREF(i)に基づいた定数として与えられる。例えば基準代表入力値dREFは基準濾波参照信号rREF(i)の最大値として定義することができる。ここで、基準走行条件におけるある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の基準濾波参照信号rREF(i)からなるN行1列のベクトルである基準濾波参照信号RREFを(数13)で定義する。
Figure 2014006846
また、基準代表入力値dREFは(数13)に示す基準濾波参照信号RREFに基づき、例えば(数14)で示す実効値や(数15)で示す平均値の二乗によって定数として与えてもよい。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
基準ステップサイズパラメータμREFは基準代表入力値dREFを定めた基準走行条件での実験やシミュレーションによって予め決定することができる。例えば(数12)に基づいて基準ステップサイズパラメータμREFを定める場合、基準濾波参照信号RREFの自己相関行列の最大固有値λREF,MAXにより(数16)で表される。
Figure 2014006846
次に、現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ(n)を求める動作について説明する。現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN行1列のベクトルである(数17)で示す濾波参照信号R(n)から代表入力値d(n)を算出する。
Figure 2014006846
ステップ数Nは基準濾波参照信号RREFのステップ数Nと異なってもよいが一致させることが望ましい。代表入力値d(n)は基準代表入力値dREFと対応するパラメータとして定義され、基準代表入力値dREFが(数14)で表される場合には(数18)で求められ、(数15)で定義される場合には(数19)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ(n)は基準ステップサイズパラメータμREFを基準代表入力値dREFに対する代表入力値d(n)の比で除算することにより(数20)で求める。
Figure 2014006846
このように、μ調整部8がステップサイズパラメータμ(i)を決定することにより、参照信号x(i)が大きい場合でもADF部5のフィルタ係数W(i)が発散せずに能動騒音低減装置101が安定して動作する。さらに、参照信号x(i)が小さい場合でもフィルタ係数W(i)の収束速度が高く、能動騒音低減装置101は効果的に騒音N0を低減することができる。実際の動作では、例えば基準代表入力値dREFを(数15)、代表入力値d(n)を(数19)とする場合、μ調整部8は(数21)、(数22)のように時不変の定数部分をまとめて定数αとして記憶することで、演算量を低減することができる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
さらには、騒音N0の変化が少ない走行条件においてはステップサイズパラメータμ(n)を毎ステップ更新せずとも所定の間隔で更新することで、演算負荷を軽減することもできる。加えて、μ調整部8は、複数の代表入力値d(i)と、その代表入力値d(i)ごとに(数20)に基づいて算出された複数のステップサイズパラメータμ(i)の組み合わせデータテーブルを記憶してもよい。μ調整部8は、代表入力値d(n)の値に応じたステップサイズパラメータμ(n)の値をデータテーブルから読み出すことで、ステップサイズパラメータμ(n)を短時間で調整できる。また、走行条件の変化が能動騒音低減装置101のサンプリング周期Tよりも緩やかな場合には、μ調整部8は現時点のn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ(n)を、現時点での濾波参照信号R(n)の代わりに現時点より前の濾波参照信号R(n−β)、(βは正の整数)を使用して求めてもよい。
図19に示す従来の能動騒音低減装置では、騒音が走行条件によって頻繁に変動するような場合では、騒音を打ち消す最適な二次騒音を出力するために、ADF部のフィルタ係数を迅速に適応させる必要がある。しかしながら、ステップサイズパラメータを大きく設定すると適応フィルタが発散しやすくなる。また、残差や収束量に応じてステップサイズパラメータを算出する方法では、参照信号が小さいとフィルタ係数の更新が間に合わず、騒音を低減する効果が低下する。
図3〜図7は様々な参照信号x(i)の振幅の値に対する能動騒音低減装置のADF部5のフィルタ係数W(i)の収束特性をシミュレーションした結果を示している。図3〜図7において、横軸はステップを示し、縦軸は各ステップでのフィルタ係数W(i)=w(k,i)の二乗平均値の対数表記である。図3〜図6は参照信号x(i)の振幅がa、a×0.75、a×0.5の場合のフィルタ係数W(i)の収束特性を示している。図3はステップサイズパラメータμが一定値である通常のLMSアルゴリズムを用いた比較例の能動騒音低減装置のフィルタ係数W(i)の収束特性を示す。図4は正規化LMS(以下、NLMS)アルゴリズムを用いた比較例の能動騒音低減装置のフィルタ係数W(i)の収束特性を、図5は特許文献3に記載されているロバスト可変ステップサイズ(以下、RVSS)アルゴリズムを用いた比較例の能動騒音低減装置のフィルタ係数W(i)の収束特性をそれぞれ示している。図4と図5の比較例の能動騒音低減装置は共に適応速度向上を目的としたアルゴリズムを用いた能動騒音低減装置である。
図3に示すLMSアルゴリズムに対し、図4に示すNLMSアルゴリズムと図5に示すRVSSアルゴリズムは参照信号x(i)の振幅が小さい場合における収束速度の低下が抑えられている。図6に示す実施の形態1における能動騒音低減装置101は図4と図5に示す収束特性よりもさらに優れており、参照信号x(i)の振幅が小さい場合における収束速度の低下がほとんど見られない。
図7は参照信号x(i)が振幅a×2を有する場合の各アルゴリズムにおけるADF部5のフィルタ係数W(i)の収束特性のシミュレーション結果を示す。図7の縦軸の目盛り線の間の値は図3〜図6のそれと同じである。図3から図7に示すように、LMSアルゴリズム、NLMSアルゴリズム、RVSSアルゴリズムを用いた比較例の能動騒音低減装置ではフィルタ係数W(i)が安定して成長していないが、実施の形態1における能動騒音低減装置101では参照信号x(i)の振幅が大きくなってもフィルタ係数の安定した収束特性を示している。
このように実施の形態1における能動騒音低減装置101は、ADF部5の安定性の確保と高い収束速度とを両立できる。
以上述べた方法では、μ調整部8は基準走行条件における基準代表入力値dREFと基準ステップサイズパラメータμREFと現在の走行状態を表す代表入力値d(n)に基づき、(数20)によってステップサイズパラメータμ(n)を算出する。しかし、移動体102によって異なる走行条件に応じた騒音N0ごとに最適な基準ステップサイズパラメータμREFを設定するのは時間がかかる。加えて、信号処理装置4は一般に有限のビット数のフォーマットを有するレジスタ4Rで構成されるので、演算精度には制限がある。これらにより、濾波参照信号R(n)が著しく大きい場合にステップサイズパラメータμ(n)がゼロになる可能性があり、この場合、騒音N0が大きいにもかかわらずフィルタ係数W(n)が更新されず、騒音N0が低減されないという不具合を生じる。また反対に濾波参照信号R(n)が極端に小さい場合には(数20)の分母に位置する代表入力値d(n)がゼロに近づくので、ステップサイズパラメータμ(n)が過大になりフィルタ係数W(n)の収束が不安定になる。
これを防ぐために、実施の形態1における能動騒音低減装置101では、代表入力値d(i)の算出結果およびステップサイズパラメータμ(i)の算出結果に上下限値を設定する。これらのパラメータの値は有限のビット数で構成されるフォーマットを有する信号処理装置4のレジスタ4R上で表されるディジタル値であり、特に固定小数点方式である場合には小数部分のビット数を変えることでこれらの値の上限値と下限値の少なくとも一方の値を設定することができる。例えば、代表入力値d(i)の演算結果を格納する16ビットのレジスタ4RをQ12フォーマットで使用した場合では、代表入力値d(i)の最大値は7.999755859375(=2−2−12)であり、分解能は0.000244140625(=2−12)であることから、(数20)において基準ステップサイズパラメータμREFに乗じられる値は0.125〜4096に制限される。さらにステップサイズパラメータμ(i)を格納する16ビットのレジスタ4RをQ10フォーマットで使用した場合では、代表入力値d(i)の最大値は127.99609375(=2−2−10)であるので、ステップサイズパラメータμ(i)は0.125〜127.99609375に制限される。
このような手法によりステップサイズパラメータμ(i)に上限値と下限値の少なくとも一方の値を設定することで参照信号源1が出力する参照信号x(i)の振幅がいかなる値であっても、ステップサイズパラメータμ(i)がゼロまたは非常に大きな値をとることがなく、能動騒音低減装置101は安定かつ正常に動作することができる。
実施の形態1では濾波参照信号r(i)の振幅が最大となる走行条件を基準走行条件に設定したが、基準走行条件は上記の走行条件に制限されるものではなく、その場合、ステップサイズパラメータμ(i)に上限を設定することで適応動作の安定性を保証できる。
また、基準濾波参照信号rREF(i)を事前に実験やシミュレーションで得なくとも、移動体102の走行開始時の濾波参照信号r(l)、(lは小さい整数)を基準濾波参照信号rREF(i)として用いてもよい。さらには能動騒音低減装置101では、動作中に濾波参照信号r(i)の振幅が基準走行条件の基準濾波参照信号rREF(i)の振幅の最大値を上回るなどの特定の条件を満たす場合に基準代表入力値dREFおよび基準ステップサイズパラメータμREFを更新することも可能である。
また、実施の形態1における能動騒音低減装置101では、ADF部5はFxLMSアルゴリズムを用いた適応フィルタであるが、射影アルゴリズムやSHARFアルゴリズム、周波数領域LMSアルゴリズムなどステップサイズパラメータを用いた適応アルゴリズムを用いるADF部5であっても同様の効果が得られる。
実施の形態1における能動騒音低減装置101は移動体102のみならず、騒音N0が存在する空間S1を有する移動しない装置においても騒音N0を低減することができる。
基準代表入力値dREFは(数14)、(数15)で示した一例のように基準濾波参照信号rREF(i)のみに基づくだけでなく、基準走行条件におけるN個の基準誤差信号eREF(i)を用いてもよい。例えば(数23)で示す基準濾波参照信号rREF(i)と基準誤差信号eREF(i)の積や、(数24)で示す基準誤差信号eREF(i)の実効値である。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
代表入力値d(i)は基準代表入力値dREFと対応した形で定義するので、n番目のステップでの代表入力値d(n)は基準代表入力値dREFが(数23)で表される場合は(数25)で求められ、(数24)で表される場合は(数26)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
図8は実施の形態1における他の能動騒音低減装置103のブロック図である。図8において図1に示す能動騒音低減装置101と同じ部分には同じ参照番号を付す。Chat部6のフィルタ係数c^(i)を時不変の定数c^とする場合には、濾波参照信号r(i)は参照信号x(i)と(数7)のように一定の関係となることから、基準濾波参照信号rREF(i)と濾波参照信号r(i)の代わりに基準参照信号xREF(i)と参照信号x(i)を用いてステップサイズパラメータμ(i)を算出してもよい。
図8に示す能動騒音低減装置103では、μ調整部8は、基準濾波参照信号rREF(i)と濾波参照信号r(i)の代わりに基準参照信号xREF(i)と参照信号x(i)を用いてステップサイズパラメータμ(i)を算出する。すなわち、(数17)に示す濾波参照信号R(n)の代わりに、現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の参照信号x(i)からなるN行1列のベクトルである参照信号X(n)を(数27)で定義する。
Figure 2014006846
また、基準濾波参照信号rREF(i)である(数13)に示すN行1列の基準濾波参照信号RREFの代わりに、基準走行条件のある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の基準参照信号xREF(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準参照信号XREFを(数28)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREFは(数28)に示す基準参照信号XREFに基づき、例えば(数29)で示す実効値によって定数として与えてもよい。
Figure 2014006846
代表入力値d(i)は基準代表入力値dREFと対応するパラメータとして定義し、基準代表入力値dREFが(数29)で表される場合には(数18)に示す代表入力値d(n)と同様に参照信号X(n)から(数30)のように算出する。
Figure 2014006846
以下、図1に示す能動騒音低減装置101と同様に、能動騒音低減装置103のμ調整部8は(数29)に示す基準代表入力値dREFと(数30)に示す代表入力値d(n)とを用いて、(数20)によりn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を求める。能動騒音低減装置103は図1に示す能動騒音低減装置101と同様の効果を有する。
以上述べたように、能動騒音低減装置101(103)は参照信号源1と二次騒音源2と誤差信号源3と共に用いられるように構成されている。参照信号源1は騒音と相関のある参照信号x(i)を出力する。二次騒音源2は二次騒音信号y(i)に対応する二次騒音N1を発生する。誤差信号源3は二次騒音N1と騒音N0との干渉による残留音に対応する誤差信号e(i)を出力する。能動騒音低減装置101(103)は、参照信号x(i)を受ける入力端41(第一の入力端)と誤差信号e(i)を受ける入力端43(第二の入力端)と二次騒音信号y(i)を出力する出力端42とを有する信号処理装置4を備える。信号処理装置4は、ADF部5と、Chat部6と、LMS演算部7と、μ調整部8とを有する。ADF部5は、参照信号x(i)に基づき二次騒音信号y(i)を出力する。Chat部6は、出力端42から入力端43までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で参照信号x(i)を補正して濾波参照信号r(i)を出力する。LMS演算部7は、誤差信号e(i)と濾波参照信号r(i)とステップサイズパラメータμ(i)とを用いてADF部5のフィルタ係数w(k,i)を更新する。μ調整部8はステップサイズパラメータμ(i)を決定する。μ調整部8は、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値d(i)を算出するように動作する。また、μ調整部8は、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうちの上記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値d(i)である基準代表入力値dREFと、代表入力値d(i)が基準代表入力値dREFである場合にフィルタ係数w(k,i)が収束するステップサイズパラメータμ(i)の値である所定の基準ステップサイズパラメータμREFとを記憶するように動作する。また、μ調整部8は、基準代表入力値dREFの代表入力値d(i)に対する比を基準ステップサイズパラメータμREFに乗じることによりステップサイズパラメータμ(i)を算出するように動作する。上記の動作により能動騒音低減装置101(103)は騒音N0を低減する。
基準ステップサイズパラメータμREFは、代表入力値d(i)が基準代表入力値dREFである場合にフィルタ係数w(k,i)が収束するステップサイズパラメータμ(i)の値の最大値であってもよい。
基準代表入力値dREFは、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうちの上記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当してもよい。
基準ステップサイズパラメータμREFに乗じる係数の上限値と下限値のうちの少なくも一方の値が設定されていてもよい。また、この係数は固定小数点のフォーマットを有する信号処理装置4のレジスタ4R上で表されるディジタル値であってもよい。この場合には、μ調整部8はこの係数の小数点の位置を変えることでこの係数の上限値と下限値のうちの上記少なくとも一方の値を設定する。
能動騒音低減装置101(103)は空間S1を有する移動体102に搭載されるように構成されている。騒音N0は空間S1に生じ、二次騒音源2は空間S1で二次騒音N1を発生する。上記残留音は空間S1で発生する。
(実施の形態2)
図9は本発明の実施の形態2における能動騒音低減装置201のブロック図である。図10は能動騒音低減装置201が搭載された移動体202の概略図である。図9と図10において、図1と図2に示す実施の形態1における能動騒音低減装置101と移動体102と同じ部分には同じ参照番号を付す。
実施の形態1における能動騒音低減装置101は1つの参照信号源1と1つの二次騒音源2と1つの誤差信号源3と信号処理装置4とを備える。能動騒音低減装置201は信号処理装置204と少なくとも1つの参照信号源1ξと少なくとも1つの二次騒音源2ηと少なくとも1つの誤差信号源3ζとで空間S1の騒音を低減することができる。
実施の形態2における能動騒音低減装置201は4つの参照信号源1〜1と4つの二次騒音源2〜2と4つの誤差信号源3〜3とを備えるcase(4,4,4)のシステム構成である。実施の形態2ではcase(4,4,4)のシステムを一例として示すが、参照信号源1ξと二次騒音源2ηと誤差信号源3ζの数は4個に限らず、互いに異なるcase(ξ,η,ζ)の構成であってもよい。
実施の形態2の説明では、同数を示す符号には参照信号の数「ξ」,二次騒音源の数「η」、誤差信号源の数「ζ」など同じ添え字を付す。またChat部60ηζなど複数個の要素を有する場合には複数の添え字を付して表し、例えば「60ηζ」はη個の二次騒音源がそれぞれζ個の誤差信号源と関連していることを示しており、(η×ζ)個の成分を持つ。
信号処理装置204は、参照信号源1ξの出力する参照信号xξ(i)を取得する複数の入力端41ξと、誤差信号源3ζの出力する誤差信号eζ(i)を取得する複数の入力端43ζと、二次騒音源2ηに対して二次騒音信号yη(i)を出力する複数の出力端42ηと、二次騒音信号yη(i)を算出する複数の信号処理部204ηで構成される。ここでは複数の入力端41ξ、43ζと出力端42ηで信号の入出力を行っているが、これらは参照信号源1ξ、誤差信号源3ζ、二次騒音源2ηと同数でなくてもよく、極端には1つの入力端にすべての信号が入力され、1つの出力端からすべての信号を出力してもよい。信号処理装置204はサンプリング周期Tで動作する。1つの信号処理装置204ではサンプリング周期T内で処理が完了しないcase(ξ,η,ζ)のシステムでは複数の信号処理装置を用いてもよい。
信号処理部204ηはそれぞれ複数のADF部5ξηとChat部6ξηζとLMS演算部7ξηとμ調整部8ξηと、複数の信号を加算して得られた信号を出力する信号加算器9ηとを備える。
以下に信号処理部204ηの動作を説明する。二次騒音源2を駆動する二次騒音信号y(i)を出力する信号処理部204は、参照信号源1〜1と同数の4組のADF部500〜530とLMS演算部700〜730とμ調整部800〜830と、信号加算器9と、参照信号源1〜1の数と誤差信号源3〜3の数の積の16個のChat部6000〜6303とを備える。
まず、参照信号源1に関する一組のADF部500とLMS演算部700とμ調整部800およびChat部600ζに関しての動作を示す。ADF部500は二次騒音信号y00(n)を(数31)のようにフィルタ係数w00(k,n)と参照信号x(i)をフィルタリング演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部60ηζは実施の形態1における出力端42と誤差信号e(i)の入力端43との間の経路の音響伝達特性C(i)を模擬したフィルタ係数C^(i)と同様に、実施の形態2における出力端42ηと誤差信号eζ(i)の入力端43ζとの間の音響伝達特性Cηζ(i)を模擬したフィルタ係数C^ηζ(i)をそれぞれ有している。実施の形態2でもChat部6ξηζは時不変なフィルタ係数C^ηζとする。信号処理部204は誤差信号eζ(i)の数分4つのChat部6000〜6003を有しており、このフィルタ係数C^00〜C^03を(数32)で表す。
Figure 2014006846
Chat部600ζは(数32)に示すフィルタ係数C^0ζと参照信号X(n)とを(数33)で示すフィルタリング演算して濾波参照信号r00ζ(n)を出力する。
Figure 2014006846
ここで参照信号X(n)は、(数34)で示す現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の参照信号x(i)で構成されるベクトルである。
Figure 2014006846
μ調整部800は予め定めた基準となるステップサイズパラメータである所定の基準ステップサイズパラメータμREF,00ζと、参照信号x(i)と濾波参照信号r00ζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点であるn番目のステップでのステップサイズパラメータμ00ζ(n)を出力する。
LMS演算部700は、(数33)で求めたそれぞれ4つの濾波参照信号R00ζ(n)と誤差信号eζ(n)とステップサイズパラメータμ00ζ(n)とを用いて、ADF部500のフィルタ係数W00(n)を(数35)のように更新する。
Figure 2014006846
ここで、濾波参照信号R00ζ(n)は参照信号x(i)が模擬音響伝達特性C^0ζによってフィルタリングされた濾波参照信号r00ζ(i)によって(数36)で示すように構成される。
Figure 2014006846
また、ADF部500のフィルタ係数W00(n)は(数37)で表す。
Figure 2014006846
(数35)によれば、濾波参照信号R00ζ(n)と誤差信号eζ(n)はステップサイズパラメータμ00ζ(n)が示す度合いであり、フィルタ係数W00(n)の更新に寄与する。
次に、他の3つの参照信号x(i)〜x(i)に応じて二次騒音信号y10(i)〜y30(i)を求める3組のADF部510〜530とLMS演算部710〜730とμ調整部810〜830と、Chat部610ζ〜630ζとに関して、二次騒音信号y00(i)を求める動作を一般化する。
ADF部5ξ0が参照信号xξ(i)をフィルタリング演算することによって求められる現時点の二次騒音信号yξη(n)は、(数38)で得られる。
Figure 2014006846
Chat部6ξ0ζは(数32)に示すフィルタ係数C^0ζと(数39)に示す参照信号Xξ(n)より、(数40)の演算によって濾波参照信号rξ0ζ(n)を出力する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
濾波参照信号rξ0ζ(i)からなるN行1列の濾波参照信号Rξ0ζ(n)は(数41)で示される。
Figure 2014006846
μ調整部8ξ0は基準ステップサイズパラメータμREF,ξ0ζと、参照信号xξ(i)と濾波参照信号rξ0ζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点のステップサイズパラメータμξ0ζ(n)を出力する。
LMS演算部7ξ0は、(数42)で示すフィルタ係数Wξ0(n)を(数43)のように更新する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
信号加算器9は、このようにして得られた4つの二次騒音信号y00(n)〜y30(n)を(数44)で示すように合計して、二次騒音源2に供給される二次騒音信号y(n)を生成する。
Figure 2014006846
他の二次騒音源2〜2を含む二次騒音源2ηへ二次騒音信号yη(i)を出力する信号処理部204ηについては、信号処理部204の動作を展開して示す。
ADF部5ξηはフィルタ係数wξη(k,n)と参照信号xξ(i)を用いて現時点であるn番目のステップでの二次騒音信号yξη(n)を(数45)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6ξηζは出力端42ηと誤差信号eζ(i)の入力端43ζとの間の音響伝達特性Cηζ(i)を模擬した(数46)に示す時不変なフィルタ係数C^ηζを有している。
Figure 2014006846
実施の形態2では4つの二次騒音源2ηがそれぞれ4つの誤差信号源3ζに対する経路を有するので、16個のフィルタ係数を持つ。
Chat部6ξηζは(数46)に示すフィルタ係数C^ηζと(数39)に示す参照信号Xξ(n)より(数47)で濾波参照信号rξηζ(n)を算出する。
Figure 2014006846
濾波参照信号rξηζ(i)からなるN行1列の濾波参照信号Rξηζ(n)は(数48)で示される。
Figure 2014006846
μ調整部8ξηは基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζと、参照信号xξ(i)と濾波参照信号rξηζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点のステップサイズパラメータμξηζ(n)を出力する。
LMS演算部7ξηは、(数49)で示すフィルタ係数Wξη(n)を(数50)のように更新する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
信号加算器9ηは、二次騒音信号yξη(n)を(数51)で示すように合計して、二次騒音源2ηに供給される二次騒音信号yη(n)を生成する。
Figure 2014006846
以上のように、能動騒音低減装置201は(数50)に基づいてサンプリング周期TごとにADF部5ξηのフィルタ係数Wξη(n)を更新することで、複数の誤差信号源3ζの位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号yη(n)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
次にμ調整部8ξηにおける現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する動作に関して、信号処理部204ηの動作と同様に、参照信号x(i)と誤差信号e(i)とに基づき二次騒音信号y(i)を出力する系のμ調整部800の動作を説明し、それを一般化する。
μ調整部800は、移動体202の基準となる走行条件における濾波参照信号r00ζ(i)である基準濾波参照信号rREF,00ζ(i)に基づく基準代表入力値dREF,00ζと基準ステップサイズパラメータμREF,00ζを記憶する。さらに、μ調整部800は基準代表入力値dREF,00ζに対応する代表入力値d00ζ(n)を濾波参照信号r00ζ(i)に基づいて求める。
μ調整部800は、記憶した基準代表入力値dREF,00ζと基準ステップサイズパラメータμREF,00ζと代表入力値d00ζ(n)からステップサイズパラメータμ00ζ(n)を算出する。
実施の形態2では実施の形態1と同様に、濾波参照信号r00ζ(i)の振幅が最大となる走行条件を基準走行条件に設定し、基準代表入力値dREF,00ζと基準ステップサイズパラメータμREF,00ζを定める動作を説明する。基準走行条件におけるある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までの基準濾波参照信号rREF,00ζ(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準濾波参照信号RREF,00ζを(数13)同様に(数52)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,00ζは(数52)に示す基準濾波参照信号RREF,00ζに基づき、例えば(数14)、(数15)と同様に(数53)、(数54)で示す実効値や平均値の二乗によって定数として与えることができる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
4つの基準代表入力値dREF,000〜dREF,003は、例えば基準代表入力値dREF,000を(数53)で定義し、基準代表入力値dREF,001〜dREF,003を(数54)で定義するなど、互いに異なる定義を採用してもよい。また、基準代表入力値dREF,00ζの算出に用いる基準濾波参照信号rREF,00ζ(i)の数Nは互いに異なってもよい。
基準ステップサイズパラメータμREF,00ζは例えば(数16)と同様に、基準濾波参照信号RREF,00ζの自己相関行列の最大固有値λREF,MAX,00ζにより(数55)で表される。
Figure 2014006846
代表入力値d00ζ(n)は、現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の濾波参照信号r00ζ(i)である(数56)に示す濾波参照信号Rm,00ζ(n)に基づいて求める。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,00ζが(数53)で表される場合には(数57)で、(数54)で表される場合には(数58)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
代表入力値d00ζ(n)は基準代表入力値dREF,00ζと対応する定義で求めるので、例えば基準代表入力値dREF,000を(数53)で定義し、基準代表入力値dREF,001〜dREF,003を(数54)で定義するなど、基準代表入力値dREF,00ζに互いに異なる定義を採用する場合は、代表入力値d00ζ(n)も代表入力値d000(n)は(数57)で定義し、代表入力値d001(n)〜d003(n)は(数58)で定義する。
現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ00ζ(n)は、例えば(数20)と同様に、基準ステップサイズパラメータμREF,00ζを基準代表入力値dREF,00ζに対する代表入力値d00ζ(n)の比で除算することにより(数59)で求める。
Figure 2014006846
このように、μ調整部800がステップサイズパラメータμ00ζ(i)を決定することにより、参照信号x(i)が大きい場合でもADF部500のフィルタ係数W00(i)が発散しない。さらに、参照信号x(i)が小さい場合でもフィルタ係数W00(i)の収束速度を高くできる。
μ調整部8ξηの場合には、基準走行条件における複数の基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)それぞれに基づく基準代表入力値dREF,ξηζと基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζと、各基準代表入力値dREF,ξηζに対応する代表入力値dξηζ(n)から現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する。
基準代表入力値dREF,ξηζは基準走行条件における基準濾波参照信号RREF,ξηζに基づき、例えば(数53)と同様に(数60)によって定数として与えることができる。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,ξηζはそれぞれ異なる定義を採用してよく、異なる基準走行条件を採用してもよいが、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζは基準代表入力値dREF,ξηζと対応する走行条件で定める必要がある。
代表入力値dξηζ(n)は、(数61)で示す濾波参照信号Rm,ξηζに基づき、基準代表入力値dREF,ξηζが(数60)で表される場合には(数62)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
(数59)と同様に、現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμξηζ(n)は基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(n)の比で除算することにより(数63)で求める。
Figure 2014006846
以上のように、μ調整部8ξηがステップサイズパラメータμξηζ(i)を決定することにより、参照信号xξ(i)が大きい場合でもすべてのADF部5ξηのフィルタ係数Wξη(i)が発散せずに能動騒音低減装置201が安定して動作する。さらに、参照信号xξ(i)が小さい場合でもフィルタ係数Wξη(i)の収束速度が高く、能動騒音低減装置201は効果的に騒音N0を低減することができる。
実際の動作では、実施の形態2においても実施の形態1と同様に、(数21)、(数22)のように時不変の定数部分をαξηζとしてまとめて記憶することで、演算量を低減することができる。例えば、基準代表入力値dREF,ξηζを(数60)で、代表入力値dξηζを(数62)で定義する場合は、(数64)、(数65)のようにまとめることができる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
しかしながら、能動騒音低減装置201は上記の式にしたがって動作すると、ステップサイズパラメータμξηζ(n)を更新するための代表入力値dξηζ(n)や定数αξηζの数は参照信号源1ξの数と二次騒音源2ηの数と誤差信号源3ζの数との積となるので、実施の形態2では(4×4×4=64)と大きく、信号処理装置204での演算負荷が大きくなる。
移動体202に能動騒音低減装置201を搭載するような場合において、例えばChat部6ηζのフィルタ係数C^ηζを時不変とすると、基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(i)の比の計算にフィルタ係数C^ηζの変動を考慮しなくてもよい。また、例えば凹凸の大きい路面を走行するときには、基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(i)の比が大きくなるなど、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζに乗じられる値は同一傾向で変化することが多い。そこで、少なくとも1つの基準濾波参照信号RREF,ξηζと濾波参照信号Rm,ξηζ(i)とのセットを代表して採用し、基準代表入力値dREF,ξηζと代表入力値dξηζ(i)とを算出し、各基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを調整してもよい。このとき、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζは代表して採用した基準代表入力値dREF,ξηζを定めた基準走行条件での値を使用することが望ましい。
例えば実施の形態2において、μ調整部8ξηの演算にChat部600によって出力される4つの基準濾波参照信号RREF,000〜RREF,300と濾波参照信号R000(n)〜R300(n)とのセットを代表して採用する場合、ステップサイズパラメータμξηζ(n)は基準代表入力値(dREF,ξ=dREF,ξ00)と代表入力値(dξ(n)=dξ00(n))の比を用いて(数66)で求めることができる。
Figure 2014006846
同様に実施の形態2において、μ調整部8ξηの演算に基準走行条件での基準濾波参照信号rREF,0ηζ(i)と濾波参照信号r0ηζ(i)とを代表して採用する場合、ステップサイズパラメータμξηζ(n)は基準代表入力値(dREF,ηζ=dREF,0ηζ〜dREF,3ηζ)と代表入力値(dηζ(n)=d0ηζ(n)〜d3ηζ(n))を用いて(数67)で求める。
Figure 2014006846
(数66)や(数67)ではステップサイズパラメータμξηζ(n)の演算数は削減されないが、代表入力値dξηζ(n)の数は(数67)では(1×4×4=16)、(数66)では(4×1×1=4)とすることができ、信号処理装置204での演算負荷を低減できる。
さらに、いくつかの基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを同一値に設定できる場合には代表入力値dξηζ(i)だけでなく定数αξηζの数も削減でき、ステップサイズパラメータμξηζ(i)の演算数を減らすことが可能となる。
例えば各二次騒音信号yη(i)を4つの誤差信号源3ζの位置を均等の重みで低減するように算出するように動作する場合、基準ステップサイズパラメータμREF,ξη0〜μREF,ξη3は同一の基準ステップサイズパラメータμREF,ξηを採用してもよい。この基準ステップサイズパラメータμREF,ξηに加えて、(数66)のように基準代表入力値dREF,ξと代表入力値dξ(n)を用いる場合には、ステップサイズパラメータμξηζ(n)を(数68)で求めることができる。
Figure 2014006846
この(数68)に示すステップサイズパラメータμξη(n)を用いると、(数50)に示すLMS演算部7ξηの演算は(数69)に変換でき、演算が必要な代表入力値dξηζ(n)の数が(4×1×1=4)に削減できるだけでなく、ステップサイズパラメータμξηζ(n)の演算もステップサイズパラメータ(μξη(n)=μξη0(n)〜μξη3(n))の(4×1×4=16)に削減することができ、消費電力の低減や処理速度の向上を実現できる。
Figure 2014006846
実施の形態2においても実施の形態1と同様に、基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)を事前に実験やシミュレーションで得なくとも、移動体202の走行開始時の濾波参照信号rξηζ(l)、(lは小さい整数)を基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)として用いてもよい。さらには能動騒音低減装置201では、動作中に濾波参照信号rξηζ(i)の振幅が基準走行条件の基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)の振幅の最大値を上回るなどの特定の条件を満たす場合に基準代表入力値dREF,ξηζおよび基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを各々更新することも可能である。また、能動騒音低減装置201でも、ADF部5ξηはFxLMSアルゴリズムのみならず、射影アルゴリズムやSHARFアルゴリズム、周波数領域LMSアルゴリズムなどステップサイズパラメータを用いた適応アルゴリズムを用いるADF部5ξηであっても同様の効果が得られる。さらに、能動騒音低減装置201では、サンプリング周期T毎にADF部5ξηのすべてのフィルタ係数Wξη(i)やステップサイズパラメータμξηζ(i)を更新せず、いくつかのフィルタ係数Wξη(i)やステップサイズパラメータμξηζ(i)を順次更新する方法や、騒音低減への寄与度が低いADF部5ξηおよび付随するLMS演算部7ξηとμ調整部8ξηとの演算を行わないことで、信号処理装置204の演算負荷を低減できる。
さらには、μ調整部8ξηは、複数の代表入力値dξηζ(i)と、その代表入力値dξηζ(i)ごとに(数60)に基づいて算出された複数のステップサイズパラメータμξηζ(i)の組み合わせデータテーブルを記憶してもよい。μ調整部8ξηは、代表入力値d(n)の値に応じたステップサイズパラメータμξηζ(n)の値をデータテーブルから読み出すことで、ステップサイズパラメータμξηζ(n)を短時間で調整できる。また、走行条件の変化が能動騒音低減装置201のサンプリング周期Tよりも緩やかな場合には、μ調整部8ηζは現時点のn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμξηζ(n)を、現時点での濾波参照信号Rm,ξηζ(n)の代わりに現時点より前の濾波参照信号Rm,ξηζ(n−β)、(βは正の整数)を使用して求めてもよい。
実施の形態2における能動騒音低減装置201のμ調整部8ξηにおいても、能動騒音低減装置101のμ調整部8のように基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)のみだけでなく、基準走行条件における基準誤差信号eREF,ζ(i)に基づいて基準代表入力値dREF,ξηζを与えてもよい。例えば(数23)のように(数70)で示す基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)と基準誤差信号eREF,ζ(i)の積や、(数24)のように(数71)で示す基準誤差信号eREF,ζ(i)の実効値である。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
代表入力値dξηζ(i)は基準代表入力値dREF,ξηζと対応した形で定義するので、現時点であるn番目のステップでの代表入力値d(n)は基準代表入力値dREF,ξηζが(数70)で表される場合は(数72)で求められ、(数71)で表される場合は(数73)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
次に、実施の形態2においても実施の形態1のようにChat部6ηζのフィルタ係数c^ηζ(i)を時不変の定数c^ηζとして、基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)と濾波参照信号rξηζ(i)の代わりに基準参照信号xREF,ξηζ(i)と参照信号xξηζ(i)を用いてステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する動作を説明する。
図11は実施の形態2における他の能動騒音低減装置203のブロック図である。図11において図9に示す能動騒音低減装置201と同じ部分には同じ参照番号を付す。
図11に示す能動騒音低減装置203では、μ調整部8ξηは、基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)と濾波参照信号rξηζ(i)の代わりに基準参照信号xREF,ξ(i)と参照信号xξ(i)を用いてステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する。
Chat部6ηζのフィルタ係数c^ηζ(i)を時不変の定数c^ηζとして考える場合には、上述のように4つの基準濾波参照信号(RREF,ξ=RREF,ξ00)を代表して採用でき、Chat部6ηζのフィルタ係数c^ηζの変動を考慮しなくてよい。このため、基準濾波参照信号RREF,ξの代わりに基準走行条件における基準参照信号XREF,ξに基づき、例えば(数60)と同様に(数74)によって基準代表入力値dREF,ξを与えることができる。
Figure 2014006846
同様に、代表入力値dξ(n)は基準代表入力値dREF,ξが(数74)で表される場合には(数30)に示す代表入力値dξ(n)のように参照信号Xm,ξ(i)から(数75)のように算出する。
Figure 2014006846
以下、図9に示す能動騒音低減装置201と同様に、能動騒音低減装置203のμ調整部8ξηは(数74)に示す基準代表入力値dREF,ξと(数75)に示す代表入力値dξ(n)とを用いて、(数66)によりn番目のステップでのステップサイズパラメータμξηζ(n)を求めることができる。したがってステップサイズパラメータを更新するためのパラメータの数や演算を少なくすることができるので、μ調整部8ξηの処理負荷を能動騒音低減装置201よりも軽くすることができる。
また、実施の形態1と同様に、騒音N0の変化が少ない走行条件においてはステップサイズパラメータμξηζ(n)の更新のための演算負荷を軽減することもできる。加えて、μ調整部8ξηは、複数のステップサイズパラメータμξηζ(i)の組み合わせデータテーブルを記憶してもよく、これによりステップサイズパラメータμξηζ(n)を短時間で調整できる。また、走行条件の変化が能動騒音低減装置101のサンプリング周期Tよりも緩やかな場合には、μ調整部8ξηは現時点のn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμξηζ(n)を、現時点での濾波参照信号Rm,00ζ(n)の代わりに現時点より前の濾波参照信号Rm,00ζ(n−β)、(βは正の整数)を使用して求めてもよい。
(実施の形態3)
図12は本発明の実施の形態3における能動騒音低減装置301のブロック図である。図13は能動騒音低減装置301が搭載された移動体302の概略図である。図12と図13において、図1と図2に示す実施の形態1における能動騒音低減装置101と移動体102と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態3における移動体302は車室等の空間S1を有する車両である。能動騒音低減装置301は二次騒音源2と誤差信号源3と信号処理装置304とで構成される。信号処理装置304が誤差信号e(i)とに応じて二次騒音信号y(i)を出力する。二次騒音源2が二次騒音信号y(i)を再生して発生させる二次騒音N1を空間S1内に生じている騒音N0に干渉させることによって騒音N0を低減する。一般に実施の形態3のようなフィードバック型ANCの場合、信号処理装置304は騒音と無関係に出力されるオーディオ信号の誤差信号源3へのまわり込みを防ぐためのエコーキャンセラなどの補償部を有する。本実施の形態では説明の簡単化のためにこれを省略しているが、これは補償部の使用を制限するものではない。
二次騒音源2は二次騒音信号y(i)を出力して二次騒音N1を発生させるトランスデューサであり、空間S1内に設置されるスピーカを用いることができる。二次騒音源2は移動体302のルーフ等の構造物に設置したアクチュエータ等でもよく、この場合アクチュエータの出力によって加振された構造物から放射される音が二次騒音N1にあたる。また、二次騒音源2は一般に二次騒音信号y(i)を増幅する電力増幅部を有するか、外部に設けた電力増幅器によって増幅された二次騒音信号y(i)によって駆動されることが多い。実施の形態3では電力増幅部は二次騒音源2に含まれるが、これは実施の形態を制限するものではない。
誤差信号源3は空間S1における騒音N0と二次騒音N1とが干渉した残留音を検出し、残留音に対応する誤差信号e(i)を出力するマイクロフォン等のトランスデューサであり、騒音N0を低減する空間S1内に設置されることが望ましい。
信号処理装置304は、誤差信号e(i)を取得する入力端43と、二次騒音信号y(i)を出力する出力端42と誤差信号e(i)を元に二次騒音信号y(i)を算出する演算部とを有する。入力端43および出力端42は低域通過フィルタ等のフィルタ部や信号の振幅や位相を調整する信号調整器を含んでもよい。演算部はサンプリング周期Tの離散時間で動作するマイコンやDSPなどの演算装置であり、少なくともADF部5と、Chat部6と、LMS演算部7と、ステップサイズパラメータを算出するμ調整部8とを有し、加えて参照信号生成部10を有してもよい。
参照信号生成部10は誤差信号e(i)に基づき参照信号x(i)を出力する。例えば、誤差信号e(i)のパターンから予め記憶してある信号を読み出して参照信号x(i)を生成したり、誤差信号e(i)の位相をシフトして参照信号x(i)を生成する処理を行うことができる。また、誤差信号e(i)をそのまま参照信号x(i)として用いる場合は参照信号生成部10を用いない構成と同じである。
ADF部5はフィルタードX−LMS(以下、FxLMS)アルゴリズムによりサンプリング周期Tごとに値が更新されるN個のフィルタ係数w(k)、(k=0,1,…,N−1)からなる有限インパルス応答(以下、FIR)フィルタで構成される。ADF部5は、現時点であるn番目のステップにおける二次騒音信号y(n)をフィルタ係数w(k,n)と参照信号生成部10によって生成された参照信号x(i)を(数76)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6は出力端42と誤差信号e(i)の入力端43との間の音響伝達特性C(i)を模擬したフィルタの係数C^(i)を有している。音響伝達特性C(i)には出力端42と誤差信号e(i)の入力端43の間での二次騒音源2の特性や空間S1の音響特性に加えて、出力端42と入力端43に含まれるフィルタの特性やディジタルアナログ変換およびアナログディジタル変換による信号の遅延を内包してもよい。実施の形態3ではChat部6はN個の時不変なフィルタ係数c^(k)、(k=0,1,…,N−1)からなるFIRフィルタで構成する。Chat部6のN行1列のベクトルであるフィルタ係数C^を(数77)で表現する。
Figure 2014006846
Chat部6は特許文献4や特許文献5などの手法によって更新あるいは補正される時変なフィルタ係数c^(k,n)とすることもできる。
Chat部6は(数77)に示すフィルタ係数C^と参照信号X(n)とを(数78)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算して得られる濾波参照信号r(n)を作成する。
Figure 2014006846
参照信号X(n)は現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の参照信号x(i)からなる(数79)で表すN行1列のベクトルである。
Figure 2014006846
μ調整部8は予め定めた基準となるステップサイズパラメータである所定の基準ステップサイズパラメータμREFと、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点であるn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を出力する。
LMS演算部7は、現時点であるn番目のステップでの濾波参照信号R(n)と誤差信号e(n)とステップサイズパラメータμ(n)とを用いて、ADF部5のフィルタ係数W(n)をFxLMSアルゴリズムによって更新し、次の時点である(n+1)番目のステップにおけるフィルタ係数W(n+1)を(数80)のように算出する。
Figure 2014006846
ADF部5のフィルタ係数W(n)は現時点であるn番目のステップでのN個のフィルタ係数w(k,n)、(k=0,1,…,N−1)で構成されるN行1列のベクトルであり、(数81)で表す。
Figure 2014006846
濾波参照信号R(n)は現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の濾波参照信号r(i)からなるN行1列のベクトルであり、(数82)で表す。
Figure 2014006846
以上のように、能動騒音低減装置301は(数80)に基づいてサンプリング周期TごとにADF部5のフィルタ係数W(i)を更新することで、誤差信号源3の位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号y(i)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
μ調整部8は移動体302の基準となる走行条件における濾波参照信号r(i)である基準濾波参照信号rREF(i)の振幅を示す指標である基準代表入力値dREFと、基準ステップサイズパラメータμREFを記憶する。さらに、μ調整部8は基準代表入力値dREFに対応する濾波参照信号r(i)の振幅を示す指標である代表入力値d(i)を求める。
μ調整部8は、記憶した基準代表入力値dREFと基準ステップサイズパラメータμREFと、代表入力値d(n)からn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を算出する。
まず、基準代表入力値dREFと基準ステップサイズパラメータμREFを定める動作を説明する。実施の形態3では、濾波参照信号r(i)の振幅が最大となる走行条件を基準走行条件に設定する。濾波参照信号r(i)の振幅が最大となる走行条件は例えば移動体302が凹凸の大きい路面を走行するときである。基準濾波参照信号rREF(i)は、基準走行条件での移動体302の実際の走行実験や振動実験等の実験によって濾波参照信号r(i)を計測して求めてもよいし、CAEなどシミュレーションによって求めてもよい。基準代表入力値dREFは基準濾波参照信号rREF(i)に基づいた定数として与えられる。例えば基準代表入力値dREFは基準濾波参照信号rREF(i)の最大値として定義することができる。ここで、基準走行条件におけるある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の基準濾波参照信号rREF(i)からなるN行1列のベクトルである基準濾波参照信号RREFを(数83)で定義する。
Figure 2014006846
また、基準代表入力値dREFは(数83)に示す基準濾波参照信号RREFに基づき、例えば(数84)で示す実効値や(数85)で示す平均値の二乗によって定数として与えてもよい。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
基準ステップサイズパラメータμREFは基準代表入力値dREFを定めた基準走行条件での実験やシミュレーションによって予め決定することができる。例えば(数12)に基づいて基準ステップサイズパラメータμREFを定める場合、基準濾波誤差信号RREFの自己相関行列の最大固有値λREF,MAXにより(数86)で表される。
Figure 2014006846
次に、現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ(n)を求める動作について説明する。現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN行1列のベクトルである(数87)で示す濾波参照信号R(n)から代表入力値d(n)を算出する。
Figure 2014006846
ステップ数Nは基準濾波参照信号RREFのステップ数Nと異なってもよいが一致させることが望ましい。代表入力値d(n)は基準代表入力値dREFと対応するパラメータとして定義され、基準代表入力値dREFが(数84)で表される場合には(数88)で求められ、(数85)で定義される場合には(数89)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ(n)は基準ステップサイズパラメータμREFを基準代表入力値dREFに対する代表入力値d(n)の比で除算することにより(数90)で求める。
Figure 2014006846
このように、μ調整部8がステップサイズパラメータμ(i)を決定することにより、参照信号x(i)が大きい場合でもADF部5のフィルタ係数W(i)が発散せずに能動騒音低減装置301が安定して動作する。さらに、参照信号x(i)が小さい場合でもフィルタ係数W(i)の収束速度が高く、能動騒音低減装置301は効果的に騒音N0を低減することができる。実際の動作では、例えば基準代表入力値dREFを(数85)、代表入力値d(n)を(数89)とする場合、μ調整部8は(数91)、(数92)のように時不変の定数部分をまとめて定数αとして記憶することで、演算量を低減することができる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
騒音N0の変化が少ない走行条件においてはステップサイズパラメータμ(n)を毎ステップ更新せずとも所定の間隔で更新することで、演算負荷を軽減することもできる。加えて、μ調整部8は、複数の代表入力値d(i)と、その代表入力値d(i)ごとに(数90)に基づいて算出された複数のステップサイズパラメータμ(i)の組み合わせデータテーブルを記憶してもよい。μ調整部8は、代表入力値d(n)の値に応じたステップサイズパラメータμ(n)の値をデータテーブルから読み出すことで、ステップサイズパラメータμ(n)を短時間で調整できる。また、走行条件の変化が能動騒音低減装置301のサンプリング周期Tよりも緩やかな場合には、μ調整部8は現時点のn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ(n)を、現時点での濾波参照信号R(n)の代わりに現時点より前の濾波参照信号R(n−β)、(βは正の整数)を使用して求めてもよい。
図1に示す実施の形態1における能動騒音低減装置101と同様に、実施の形態3における能動騒音低減装置301は、ADF部5の安定性の確保と高い収束速度とを両立できる。
なお、実施の形態3における能動騒音低減装置301においても、実施の形態1と同様に、代表入力値d(i)の算出結果およびステップサイズパラメータμ(i)の算出結果に上下限値を設定することで、ステップサイズパラメータμ(i)が過大になることを防ぎ、適応動作の安定性を保証することができる。
また、基準濾波参照信号rREF(i)を事前に実験やシミュレーションで得なくとも、移動体302の走行開始時の濾波参照信号r(l)、(lは小さい整数)を基準濾波参照信号rREF(i)として用いてもよい。さらには能動騒音低減装置301では、動作中に濾波参照信号r(i)の振幅が基準走行条件の基準濾波参照信号rREF(i)の振幅の最大値を上回るなどの特定の条件を満たす場合に基準代表入力値dREFおよび基準ステップサイズパラメータμREFを更新することも可能である。
また、実施の形態3における能動騒音低減装置301では、ADF部5はFxLMSアルゴリズムを用いた適応フィルタであるが、射影アルゴリズムやSHARFアルゴリズム、周波数領域LMSアルゴリズムなどステップサイズパラメータを用いた適応アルゴリズムを用いるADF部5であっても同様の効果が得られる。
実施の形態3における能動騒音低減装置301は移動体302のみならず、騒音N0が存在する空間S1を有する移動しない装置においても騒音N0を低減することができる。
濾波参照信号r(i)は誤差信号e(i)に基づく参照信号x(i)から算出されるので、実質、誤差信号e(i)から決定される。特にChat部6のフィルタ係数c^(i)を時不変の定数c^とする場合には、濾波参照信号r(i)は参照信号x(i)と(数7)のように一定の関係となることから、基準濾波参照信号rREF(i)と濾波参照信号r(i)の代わりに基準参照信号xREF(i)と参照信号x(i)を用いてステップサイズパラメータμ(i)を算出してもよい。
さらに、参照信号生成部10を用いないような場合には参照信号x(i)は誤差信号e(i)となるため、μ調整部8は、基準濾波参照信号rREF(i)と濾波参照信号r(i)の代わりに基準誤差信号eREF(i)と誤差信号e(i)を用いてステップサイズパラメータμ(i)を算出する。すなわち、(数87)に示す濾波参照信号R(n)の代わりに、現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の誤差信号e(i)からなるN行1列のベクトルである誤差信号E(n)を(数93)で定義する。
Figure 2014006846
また、基準濾波参照信号rREF(i)である(数83)に示すN行1列の基準濾波参照信号RREFの代わりに、基準走行条件のある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の基準誤差信号eREF(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準誤差信号EREFを(数94)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREFは(数94)に示す基準誤差信号EREFに基づき、例えば(数95)で示す実効値によって定数として与えてもよい。
Figure 2014006846
代表入力値d(i)は基準代表入力値dREFと対応するパラメータとして定義し、基準代表入力値dREFが(数95)で表される場合には(数88)に示す代表入力値d(n)と同様に参照誤差E(n)から(数96)のように算出する。
Figure 2014006846
以下、能動騒音低減装置301のμ調整部8は(数95)に示す基準代表入力値dREFと(数96)に示す代表入力値d(n)とを用いて、(数90)によりn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を求める。
以上述べたように、能動騒音低減装置301は二次騒音源2と誤差信号源3と共に用いられるように構成されている。二次騒音源2は二次騒音信号y(i)に対応する二次騒音N1を発生する。誤差信号源3は二次騒音N1と騒音N0との干渉による残留音に対応する誤差信号e(i)を出力する。能動騒音低減装置301は、誤差信号e(i)を受ける入力端43と二次騒音信号y(i)を出力する出力端42とを有する信号処理装置304を備える。信号処理装置304は、ADF部5と、Chat部6と、LMS演算部7と、μ調整部8とを有し、さらに参照信号生成部10を有してもよい。参照信号生成部10は誤差信号e(i)に基づいて参照信号x(i)を生成する。参照信号生成部10を有さない場合には、誤差信号e(i)を参照信号x(i)として用いる。ADF部5は、参照信号x(i)に基づき二次騒音信号y(i)を出力する。Chat部6は、出力端42から入力端43までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で参照信号x(i)を補正して濾波参照信号r(i)を出力する。LMS演算部7は、誤差信号e(i)と濾波参照信号r(i)とステップサイズパラメータμ(i)とを用いてADF部5のフィルタ係数w(k,i)を更新する。μ調整部8はステップサイズパラメータμ(i)を決定する。μ調整部8は、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値d(i)を算出するように動作する。また、μ調整部8は、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうちの上記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値d(i)である基準代表入力値dREFと、代表入力値d(i)が基準代表入力値dREFである場合にフィルタ係数w(k,i)が収束するステップサイズパラメータμ(i)の値である所定の基準ステップサイズパラメータμREFとを記憶するように動作する。また、μ調整部8は、基準代表入力値dREFの代表入力値d(i)に対する比を基準ステップサイズパラメータμREFに乗じることによりステップサイズパラメータμ(i)を算出するように動作する。上記の動作により能動騒音低減装置301は騒音N0を低減する。
基準ステップサイズパラメータμREFは、代表入力値d(i)が基準代表入力値dREFである場合にフィルタ係数w(k,i)が収束するステップサイズパラメータμ(i)の値の最大値であってもよい。
基準代表入力値dREFは、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)のうちの上記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当してもよい。
基準ステップサイズパラメータμREFに乗じる係数の上限値と下限値のうちの少なくも一方の値が設定されていてもよい。また、この係数は固定小数点のフォーマットを有する信号処理装置304のレジスタ4R上で表されるディジタル値であってもよい。この場合には、μ調整部8はこの係数の小数点の位置を変えることでこの係数の上限値と下限値のうちの上記少なくとも一方の値を設定する。
能動騒音低減装置301は空間S1を有する移動体302に搭載されるように構成されている。騒音N0は空間S1に生じ、二次騒音源2は空間S1で二次騒音N1を発生する。上記残留音は空間S1で発生する。
(実施の形態4)
図14は本発明の実施の形態4における能動騒音低減装置401のブロック図である。図15は能動騒音低減装置401が搭載された移動体402の概略図である。図14と図15において、図12と図13に示す実施の形態3における能動騒音低減装置301と移動体302と同じ部分には同じ参照番号を付す。
実施の形態3における能動騒音低減装置301は1つの二次騒音源2と1つの誤差信号源3と信号処理装置304とを備える。能動騒音低減装置401は信号処理装置404と少なくとも1つの二次騒音源2ηと少なくとも1つの誤差信号源3ζとで空間S1の騒音を低減することができる。
実施の形態4における能動騒音低減装置401は4つの二次騒音源2〜2と4つの誤差信号源3〜3とを備えるcase(4,4)のシステム構成である。実施の形態4ではcase(4,4)のシステムを一例として示すが、二次騒音源2ηと誤差信号源3ζの数は4個に限らず、互いに異なるcase(η,ζ)の構成であってもよい。
実施の形態4の説明では、同数を示す符号には参照信号生成部10ηによって生成される参照信号の数「ξ」、二次騒音源の数「η」、誤差信号源の数「ζ」など同じ添え字を付す。またChat部60ηζなど複数個の要素を有する場合には複数の添え字を付して表し、例えば「60ηζ」はη個の二次騒音源がそれぞれζ個の誤差信号源と関連していることを示しており、(η×ζ)個の成分を持つ。
信号処理装置404は、誤差信号源3ζの出力する誤差信号eζ(i)を取得する複数の入力端43ζと、二次騒音源2ηに対して二次騒音信号yη(i)を出力する複数の出力端42ηと、二次騒音信号yη(i)を算出する複数の信号処理部404ηで構成される。信号処理装置404はサンプリング周期Tで動作する。1つの信号処理装置404ではサンプリング周期T内で処理が完了しないcase(η,ζ)のシステムでは複数の信号処理装置を用いてもよい。
信号処理部404ηは参照信号生成部10ηとそれぞれ複数のADF部5ξηとChat部6ξηζとLMS演算部7ξηとμ調整部8ξηと、複数の信号を加算して得られた信号を出力する信号加算器9ηとを備える。
参照信号生成部10ηは、少なくとも1つの誤差信号eζ(i)に基づく少なくとも1つの参照信号xξ(i)を出力する。参照信号生成部10ηは、例えば各誤差信号eζ(i)それぞれに対応するζ個の参照信号xξ(i)を出力しても良いし、ζ個の誤差信号eζ(i)から1つの参照信号x(i)を出力しても良いし、代表する1つの誤差信号eζ(i)から複数の参照信号xξ(i)を出力しても良い。実施の形態4では4個の誤差信号e(i)〜e(i)に基づき、4個の参照信号x(i)〜x(i)を出力する例を示している。さらに、本実施の形態では各信号処理部404ηに参照信号生成部10ηを有する構成としているが、信号処理装置404に1つの参照信号生成部10を有し、参照信号生成部10で生成された参照信号xξ(i)が信号処理部404ηに入力される構成としてもよい。
以下に信号処理部404ηの動作を説明する。二次騒音源2を駆動する二次騒音信号y(i)を出力する信号処理部404は、参照信号生成部10より出力される参照信号xξ(i)と同数の4組のADF部500〜530とLMS演算部700〜730とμ調整部800〜830と、信号加算器9と、参照信号生成部10の出力する参照信号x(i)〜x(i)の数と誤差信号源3〜3の数の積の16個のChat部6000〜6303とを備える。
まず、参照信号x(i)に関する一組のADF部500とLMS演算部700とμ調整部800およびChat部600ζに関しての動作を示す。ADF部500は二次騒音信号y00(n)を(数97)のようにフィルタ係数w00(k,n)と参照信号x(i)をフィルタリング演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部60ηζは実施の形態3における出力端42と誤差信号e(i)の入力端43との間の経路の音響伝達特性C(i)を模擬したフィルタ係数C^(i)と同様に、実施の形態4における出力端42ηと誤差信号eζ(i)の入力端43ζとの間の音響伝達特性Cηζ(i)を模擬したフィルタ係数C^ηζ(i)をそれぞれ有している。実施の形態4でもChat部6ξηζは時不変なフィルタ係数C^ηζとする。信号処理部404は誤差信号eζ(i)の数分4つのChat部6000〜6003を有しており、このフィルタ係数C^00〜C^03を(数98)で表す。
Figure 2014006846
Chat部600ζは(数98)に示すフィルタ係数C^0ζと参照信号X(n)とを(数99)で示すフィルタリング演算して濾波参照信号r00ζ(n)を出力する。
Figure 2014006846
ここで参照信号X(n)は、(数100)で示す現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の参照信号x(i)で構成されるベクトルである。
Figure 2014006846
μ調整部800は予め定めた基準となるステップサイズパラメータである所定の基準ステップサイズパラメータμREF,00ζと、参照信号x(i)と濾波参照信号r00ζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点であるn番目のステップでのステップサイズパラメータμ00ζ(n)を出力する。
LMS演算部700は、(数99)で求めたそれぞれ4つの濾波参照信号R00ζ(n)と誤差信号eζ(n)とステップサイズパラメータμ00ζ(n)とを用いて、ADF部500のフィルタ係数W00(n)を(数101)のように更新する。
Figure 2014006846
ここで、濾波参照信号R00ζ(n)は参照信号x(i)が模擬音響伝達特性C^0ζによってフィルタリングされた濾波参照信号r00ζ(i)によって(数102)で示すように構成される。
Figure 2014006846
また、ADF部500のフィルタ係数W00(n)は(数103)で表す。
Figure 2014006846
(数101)によれば、濾波参照信号R00ζ(n)と誤差信号eζ(n)はステップサイズパラメータμ00ζ(n)が示す度合いでフィルタ係数W00(n)の更新に寄与する。
次に、他の3つの参照信号x(i)〜x(i)に応じて二次騒音信号y10(i)〜y30(i)を求める3組のADF部510〜530とLMS演算部710〜730とμ調整部810〜830と、Chat部610ζ〜630ζとに関して、二次騒音信号y00(i)を求める動作を一般化する。
ADF部5ξ0が参照信号xξ(i)をフィルタリング演算することによって求められる現時点の二次騒音信号yξ0(n)は(数104)で得られる。
Figure 2014006846
Chat部6ξ0ζは(数98)に示すフィルタ係数C^0ζと(数105)に示す参照信号Xξ(n)より(数106)の演算によって濾波参照信号rξ0ζ(n)を出力する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
濾波参照信号rξ0ζ(i)からなるN行1列の濾波参照信号Rξ0ζ(n)は(数107)で示される。
Figure 2014006846
μ調整部8ξ0は基準ステップサイズパラメータμREF,ξ0ζと、参照信号xξ(i)と濾波参照信号rξ0ζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点のステップサイズパラメータμξ0ζ(n)を出力する。
LMS演算部7ξ0は、(数108)で示すフィルタ係数Wξ0(n)を(数109)のように更新する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
信号加算器9は、このようにして得られた4つの二次騒音信号y00(n)〜y30(n)を(数110)で示すように合計して、二次騒音源2に供給される二次騒音信号y(n)を生成する。
Figure 2014006846
他の二次騒音源2〜2を含む二次騒音源2ηへ二次騒音信号yη(i)を出力する信号処理部404ηについては、信号処理部404の動作を展開して示す。
ADF部5ξηは、フィルタ係数wξη(k,n)と参照信号xξ(i)を用いて現時点であるn番目のステップでの二次騒音信号yξη(n)を、(数111)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6ξηζは、出力端42ηと誤差信号eζ(i)の入力端43ζとの間の音響伝達特性Cηζ(i)を模擬した(数112)に示す時不変なフィルタ係数C^ηζを有している。
Figure 2014006846
実施の形態4では4つの二次騒音源2ηがそれぞれ4つの誤差信号源3ζに対する経路を有するので、16個のフィルタを持つ。
Chat部6ξηζは(数112)に示すフィルタ係数C^ηζと(数105)に示す参照信号Xξ(n)より、(数113)で濾波参照信号rξηζ(n)を算出する。
Figure 2014006846
濾波参照信号rξηζ(i)からなるN行1列の濾波参照信号Rξηζ(n)は(数114)で示される。
Figure 2014006846
μ調整部8ξηは基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζと、参照信号xξ(i)と濾波参照信号rξηζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点のステップサイズパラメータμξηζ(n)を出力する。
LMS演算部7ξηは、(数115)で示すフィルタ係数Wξη(n)を(数116)のように更新する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
信号加算器9ηは二次騒音信号yξη(n)を(数117)で示すように合計して二次騒音源2ηに供給される二次騒音信号yη(n)を生成する。
Figure 2014006846
以上のように、能動騒音低減装置401は(数116)に基づいてサンプリング周期TごとにADF部5ξηのフィルタ係数Wξη(n)を更新することで、複数の誤差信号源3ζの位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号yη(n)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
次にμ調整部8ξηにおける現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する動作に関して、信号処理部404ηの動作と同様に、参照信号x(i)誤差信号e(i)とに基づき二次騒音信号y(i)を出力する系のμ調整部800の動作を説明し、それを一般化する。
μ調整部800は、移動体402の基準となる走行条件における濾波参照信号r00ζ(i)である基準濾波参照信号rREF,00ζ(i)に基づく基準代表入力値dREF,00ζと基準ステップサイズパラメータμREF,00ζを記憶する。さらに、μ調整部800は基準代表入力値dREF,00ζに対応する代表入力値d00ζ(n)を濾波参照信号r00ζ(i)に基づいて求める。
μ調整部800は、記憶した基準代表入力値dREF,00ζと基準ステップサイズパラメータμREF,00ζと代表入力値d00ζ(n)からステップサイズパラメータμ00ζ(n)を算出する。
実施の形態4では実施の形態3と同様に、濾波参照信号r00ζ(i)の振幅が最大となる走行条件を基準走行条件に設定し、基準代表入力値dREF,00ζと基準ステップサイズパラメータμREF,00ζを定める動作を説明する。基準走行条件におけるある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までの基準濾波参照信号rREF,00ζ(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準濾波参照信号RREF,00ζを(数83)同様に(数118)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,00ζは(数118)に示す基準濾波参照信号RREF,00ζに基づき、例えば(数84)、(数85)と同様に(数119)、(数120)で示す実効値や平均値の二乗によって定数として与えることができる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
4つの基準代表入力値dREF,000〜dREF,003は、例えば基準代表入力値dREF,000を(数119)で定義し、基準代表入力値dREF,001〜dREF,003を(数120)で定義するなど、互いに異なる定義を採用してもよい。また、基準代表入力値dREF,00ζの算出に用いる基準濾波参照信号rREF,00ζ(i)の数Nは互いに異なってもよい。
基準ステップサイズパラメータμREF,00ζは例えば(数86)と同様に、基準濾波参照信号RREF,00ζの自己相関行列の最大固有値λREF,MAX,00ζにより(数121)で表される。
Figure 2014006846
代表入力値d00ζ(n)は、現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の濾波参照信号r00ζ(i)である(数122)に示す濾波参照信号Rm,00ζ(n)に基づいて求める。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,00ζが(数119)で表される場合には(数123)で、(数120)で表される場合には(数124)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
代表入力値d00ζ(n)は基準代表入力値dREF,00ζと対応する定義で求めるので、例えば基準代表入力値dREF,000を(数119)で定義し、基準代表入力値dREF,001〜dREF,003を(数120)で定義するなど、基準代表入力値dREF,00ζに互いに異なる定義を採用する場合は、代表入力値d00ζ(n)も代表入力値d000(n)は(数123)で定義し、代表入力値d001(n)〜d003(n)は(数124)で定義する。
現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμ00ζ(n)は、例えば(数90)と同様に、基準ステップサイズパラメータμREF,00ζを基準代表入力値dREF,00ζに対する代表入力値d00ζ(n)の比で除算することにより(数125)で求める。
Figure 2014006846
このように、μ調整部800がステップサイズパラメータμ00ζ(i)を決定することにより、参照信号x(i)が大きい場合でもADF部500のフィルタ係数W00(i)が発散しない。さらに、参照信号x(i)が小さい場合でもフィルタ係数W00(i)の収束速度を高くできる。
μ調整部8ξηの場合には、基準走行条件における複数の基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)それぞれに基づく基準代表入力値dREF,ξηζと基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζと、各基準代表入力値dREF,ξηζに対応する代表入力値dξηζ(n)から現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する。
基準代表入力値dREF,ξηζは基準走行条件における基準濾波参照信号RREF,ξηζに基づき、例えば(数119)と同様に(数126)によって定数として与えることができる。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,ξηζはそれぞれ異なる定義を採用してよく、異なる基準走行条件を採用してもよいが、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζは基準代表入力値dREF,ξηζと対応する走行条件で定める必要がある。
代表入力値dξηζ(n)は、(数127)で示す濾波参照信号Rm,ξηζに基づき、基準代表入力値dREF,ξηζが(数126)で表される場合には(数128)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
(数127)と同様に、現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμξηζ(n)は基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(n)の比で除算することにより(数129)で求める。
Figure 2014006846
以上のように、μ調整部8ξηがステップサイズパラメータμξηζ(i)を決定することにより、参照信号xξ(i)が大きい場合でもすべてのADF部5ξηのフィルタ係数Wξη(i)が発散せずに能動騒音低減装置401が安定して動作する。さらに、参照信号xξ(i)が小さい場合でもフィルタ係数Wξη(i)の収束速度が高く、能動騒音低減装置401は効果的に騒音N0を低減することができる。
実際の動作では、実施の形態4においても実施の形態3と同様に、(数92)、(数92)のように時不変の定数部分をαξηζとしてまとめて記憶することで、演算量を低減することができる。例えば、基準代表入力値dREF,ξηζを(数126)で、代表入力値dξηζを(数128)で定義する場合は、(数130)、(数131)のようにまとめることができる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
しかしながら、能動騒音低減装置401は上記の式にしたがって動作すると、ステップサイズパラメータμξηζ(n)を更新するための代表入力値dξηζ(n)や定数αξηζの数は参照信号生成部10ηの出力する参照信号xξ(i)の数と誤差信号源3ζの数と二次騒音源2ηの数との積となるので、実施の形態4では(4×4×4=64)と大きく、信号処理装置404での演算負荷が大きくなる。
移動体402に能動騒音低減装置401を搭載するような場合において、例えばChat部6ηζのフィルタ係数C^ηζを時不変とすると、基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(i)の比の計算にフィルタ係数C^ηζの変動を考慮しなくてもよい。また、例えば凹凸の大きい路面を走行するときには、基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(i)の比が大きくなるなど、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζに乗じられる値は同一傾向で変化することが多い。そこで、少なくとも1つの基準濾波参照信号RREF,ξηζと濾波参照信号Rm,ξηζ(i)とのセットを代表して採用し、基準代表入力値dREF,ξηζと代表入力値dξηζ(i)とを算出し、各基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを調整してもよい。このとき、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζは代表して採用した基準代表入力値dREF,ξηζを定めた基準走行条件での値を使用することが望ましい。
例えば実施の形態4において、μ調整部8ξηの演算にChat部600によって出力される4つの基準濾波参照信号RREF,000〜RREF,300と濾波参照信号R000(n)〜R300(n)とのセットを代表して採用する場合、ステップサイズパラメータμξηζ(n)は基準代表入力値(dREF,ξ=dREF,ξ00)と代表入力値(dξ(n)=dξ00(n))の比を用いて(数132)で求めることができる。
Figure 2014006846
同様に実施の形態4において、μ調整部8ξηの演算に基準走行条件での基準濾波参照信号rREF,0ηζ(i)と濾波参照信号r0ηζ(i)とを代表して採用する場合、ステップサイズパラメータμξηζ(n)は基準代表入力値(dREF,ηζ=dREF,0ηζ〜dREF,3ηζ)と代表入力値(dηζ(n)=d0ηζ(n)〜d3ηζ(n))を用いて(数133)で求める。
Figure 2014006846
(数132)や(数133)ではステップサイズパラメータμξηζ(n)の演算数は削減されないが、代表入力値dξηζ(n)の数は(数133)では(1×4×4=16)、(数132)では(4×1×1=4)とすることができ、信号処理装置404での演算負荷を低減できる。
さらに、いくつかの基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを同一値に設定できる場合には代表入力値dξηζ(i)だけでなく定数αξηζの数も削減でき、ステップサイズパラメータμξηζ(i)の演算数を減らすことが可能となる。
例えば各二次騒音信号yη(i)を4つの誤差信号源3ζの位置を均等の重みで低減するように算出するように動作する場合、基準ステップサイズパラメータμREF,ξη0〜μREF,ξη3は同一の基準ステップサイズパラメータμREF,ξηを採用してもよい。この基準ステップサイズパラメータμREF,ξηに加えて、(数132)のように基準代表入力値dREF,ξと代表入力値dξ(n)を用いる場合には、ステップサイズパラメータμξη(n)を(数134)で求めることができる。
Figure 2014006846
この(数134)に示すステップサイズパラメータμξη(n)を用いると、(数116)に示すLMS演算部7ξηの演算は(数135)に変換でき、演算が必要な代表入力値dξηζ(n)の数が(4×1×1=4)に削減できるだけでなく、ステップサイズパラメータμξηζの演算もステップサイズパラメータ(μξη(n)=μξη0(n)〜μξη3(n))の(4×1×4=16)に削減することができ、消費電力の低減や処理速度の向上を実現できる。
Figure 2014006846
実施の形態4においても実施の形態3と同様に、基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)を事前に実験やシミュレーションで得なくとも、移動体402の走行開始時の濾波参照信号rξηζ(l)、(lは小さい整数)を基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)として用いてもよい。さらには能動騒音低減装置401では、動作中に濾波参照信号rξηζ(i)の振幅が基準走行条件の基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)の振幅の最大値を上回るなどの特定の条件を満たす場合に基準代表入力値dREF,ξηζおよび基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを各々更新することも可能である。また、能動騒音低減装置401でも、ADF部5ξηはFxLMSアルゴリズムのみならず、射影アルゴリズムやSHARFアルゴリズム、周波数領域LMSアルゴリズムなどステップサイズパラメータを用いた適応アルゴリズムを用いるADF部5ξηであっても同様の効果が得られる。さらに、能動騒音低減装置401では、サンプリング周期T毎にADF部5ξηのすべてのフィルタ係数Wξη(i)やステップサイズパラメータμξηζ(i)を更新せず、いくつかのフィルタ係数Wξη(i)やステップサイズパラメータμξηζ(i)を順次更新する方法や、騒音低減への寄与度が低いADF部5ξηおよび付随するLMS演算部7ξηとμ調整部8ξηとの演算を行わないことで、信号処理装置404の演算負荷を低減できる。
さらには、μ調整部8ξηは、複数の代表入力値dξηζ(i)と、その代表入力値dξηζ(i)ごとに(数126)に基づいて算出された複数のステップサイズパラメータμξηζ(i)の組み合わせデータテーブルを記憶してもよい。μ調整部8ξηは、代表入力値d(n)の値に応じたステップサイズパラメータμξηζ(n)の値をデータテーブルから読み出すことで、ステップサイズパラメータμξηζ(n)を短時間で調整できる。また、走行条件の変化が能動騒音低減装置401のサンプリング周期Tよりも緩やかな場合には、μ調整部8ηζは現時点のn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμξηζ(n)を、現時点での濾波参照信号Rm,ξηζ(n)の代わりに現時点より前の濾波参照信号Rm,ξηζ(n−β)、(βは正の整数)を使用して求めてもよい。
図16は、実施の形態4における一例の能動騒音低減装置501のブロック図である。能動騒音低減装置501は、実施の形態4の特別な場合の例として、参照信号生成部10ηを使用せず、4つの誤差信号eζ(i)をそのまま参照信号xξ(i)として動作する。換言すると、参照信号生成部10ηは、4つの誤差信号eζ(i)をそのまま参照信号xξ(i)として出力する。ここでは参照信号xξ(i)として出力された誤差信号eζ(i)をeξ(i)と記す。
信号処理装置504は信号処理装置404で参照信号生成部10ηを有さず、ADF部5ξηとChat部6ξηζに参照信号xξ(i)にかわり誤差信号eξ(i)が入力される構成となっており、二次騒音信号y(i)を出力する信号処理部504は、誤差信号eζ(i)と同数の4組のADF部500〜530とLMS演算部700〜730とμ調整部800〜830と、信号加算器9と、誤差信号源3〜3の数の二乗の数の16個のChat部6000〜6303とを備える。
ADF部5ξηはフィルタ係数wξη(k,n)と誤差信号eξ(i)を用いて現時点であるn番目のステップでの二次騒音信号yξη(n)を(数136)で示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6ξηζは出力端42ηと誤差信号eζ(i)の入力端43ζとの間の音響伝達特性Cηζ(i)を模擬した(数137)に示す時不変なフィルタ係数C^ηζを有している。
Figure 2014006846
Chat部6ξηζは(数137)に示すフィルタ係数C^ηζと(数138)に示す誤差信号Eξ(n)より(数139)の演算によって濾波参照信号に代わる濾波誤差信号rξηζ(n)を出力する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
濾波誤差信号rξηζ(i)からなるN行1列の濾波誤差信号Rξηζ(n)は(数140)で示される。
Figure 2014006846
μ調整部8ξηは基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζと、濾波誤差信号rξηζ(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点のステップサイズパラメータμξηζ(n)を出力する。
LMS演算部7ξηは、(数141)で示すフィルタ係数Wξη(n)を(数142)のように更新する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
信号加算器9ηは二次騒音信号yξη(n)を(数143)で示すように合計して二次騒音源2ηに供給される二次騒音信号yη(n)を生成する。
Figure 2014006846
以上のように、能動騒音低減装置501は(数142)に基づいてサンプリング周期TごとにADF部5ξηのフィルタ係数Wξη(n)を更新することで、複数の誤差信号源3ζの位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号yη(n)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
次にμ調整部8ξηにおける現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する動作を説明する。
μ調整部8ξηは、基準走行条件における複数の基準濾波誤差信号rREF,ξηζ(i)それぞれに基づく基準代表入力値dREF,ξηζと基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζと、各基準代表入力値dREF,ξηζに対応する代表入力値dξηζ(n)から現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する。
基準走行条件におけるある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までの基準濾波誤差信号rREF,ξηζ(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準濾波誤差信号RREF,ξηζを(数83)同様に(数144)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,ξηζは基準走行条件における基準濾波誤差信号RREF,ξηζに基づき、例えば(数119)と同様に(数145)によって定数として与えることができる。
Figure 2014006846
代表入力値dξηζ(n)は、(数146)で示す濾波誤差信号Rm,ξηζに基づき、基準代表入力値dREF,ξηζが(数145)で表される場合には(数147)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμξηζ(n)は、例えば(数90)と同様に、基準ステップサイズパラメータμREF,ξηζを基準代表入力値dREF,ξηζに対する代表入力値dξηζ(n)の比で除算することにより(数148)で求める。
Figure 2014006846
以上のように、μ調整部8ξηがステップサイズパラメータμξηζ(i)を決定することにより、誤差信号eξ(i)が大きい場合でもすべてのADF部5ξηのフィルタ係数Wξη(i)が発散せずに能動騒音低減装置501が安定して動作する。さらに、誤差信号eξ(i)が小さい場合でもフィルタ係数Wξη(i)の収束速度が高く、能動騒音低減装置501は効果的に騒音N0を低減することができる。
次に実施の形態3と同様に、Chat部6ηζのフィルタ係数c^ηζ(i)を時不変の定数c^ηζとして、基準濾波参照信号rREF,ξηζ(i)と濾波参照信号rξηζ(i)の代わりに基準誤差信号eREF,ξηζ(i)と参照信号xξηζ(i)を用いてステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する動作を説明する。
μ調整部8ξηは、基準濾波誤差信号rREF,ξηζ(i)と濾波誤差信号rξηζ(i)の代わりに基準誤差信号eREF,ξ(i)と誤差信号e,ξ(i)を用いてステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する。すなわち、(数146)に示す濾波誤差信号Rm,ξηζ(n)の代わりに、現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の誤差信号e(i)からなるN行1列のベクトルである誤差信号Em,ξ(n)を(数149)で定義する。
Figure 2014006846
また、基準濾波誤差信号rREF,ξηζ(i)である(数144)に示すN行1列の基準濾波誤差信号RREF,ξηζの代わりに、基準走行条件のある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の基準誤差信号eREF,ξ(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準誤差信号EREF,ξを(数150)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,ξは(数150)に示す基準誤差信号EREF,ξに基づき、例えば(数151)で示す実効値によって定数として与えてもよい。
Figure 2014006846
代表入力値dξ(i)は基準代表入力値dREF,ξと対応するパラメータとして定義し、基準代表入力値dREF,ξが(数151)で表される場合には(数147)に示す代表入力値dξ(n)と同様に誤差信号E(n)から(数152)のように算出する。
Figure 2014006846
以下、能動騒音低減装置501のμ調整部8ξηは(数151)に示す基準代表入力値dREFと(数152)に示す代表入力値d(n)とを用いて、(数148)によりn番目のステップでのステップサイズパラメータμ(n)を求めることができる。したがってステップサイズパラメータを更新するためのパラメータの数や演算を少なくすることができるので、μ調整部8ξηの処理負荷を能動騒音低減装置401よりも軽くすることができる。
(実施の形態5)
図17は本発明の実施の形態5における能動騒音低減装置601のブロック図である。図17において、図14に示す実施の形態4における能動騒音低減装置401と同じ部分には同じ参照番号を付す。
能動騒音低減装置601は信号処理装置604と少なくとも1つの二次騒音源2ηと少なくとも1つの誤差信号源3ζとで空間S1の騒音を低減することができる実施の形態4の特別な場合である。
実施の形態5における能動騒音低減装置601は4つの二次騒音源2〜2と4つの誤差信号源3〜3とを備えるcase(4,4)のシステム構成である。実施の形態5ではcase(4,4)のシステムを一例として示すが、二次騒音源2ηと誤差信号源3ζの数は4個に限らず、互いに異なるcase(η,ζ)の構成であってもよい。
信号処理装置604は、誤差信号源3ζの出力する誤差信号eζ(i)を取得する複数の入力端43ζと、二次騒音源2ηに対して二次騒音信号yη(i)を出力する複数の出力端42ηと、二次騒音信号yη(i)を算出する複数の信号処理部604ηで構成される。
信号処理部604ηはそれぞれ複数のADF部5ζηとChat部6ηζとLMS演算部7ζηとμ調整部8ζηと、複数の信号を加算して得られた信号を出力する信号加算器9ηとを備え、さらに参照信号生成部10ηを備えてもよい。
参照信号生成部10ηは、少なくとも1つの誤差信号eζ(i)に基づく少なくとも1つの参照信号xξ(i)を出力する。実施の形態5では、参照信号生成部10ηが、各誤差信号eζ(i)それぞれに対応するζ個の参照信号xζ(i)を出力する例である。
ADF部5ζηは二次騒音信号yζη(n)を(数153)のようにフィルタ係数wζη(k,n)と参照信号xζ(i)をフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより求める。
Figure 2014006846
Chat部6ηζは出力端42ηと誤差信号eζ(i)の入力端43ζとの間の音響伝達特性Cηζ(i)を模擬した(数154)に示す時不変なフィルタ係数C^ηζを有している。
Figure 2014006846
Chat部6ηζは(数154)に示すフィルタ係数C^ηζと参照信号Xζ(n)とを(数155)で示すフィルタリング演算して濾波参照信号rζη(n)を算出する。
Figure 2014006846
ここで参照信号Xζ(n)は、(数156)で示す現時点のn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の誤差信号eζ(i)(=xζ(i))で構成されるベクトルである。
Figure 2014006846
濾波参照信号rζη(i)からなるN行1列の濾波参照信号Rζη(n)は(数157)で示される。
Figure 2014006846
μ調整部8ζηは基準ステップサイズパラメータμREF,ζηと、参照信号xζ(i)と濾波参照信号rζη(i)と誤差信号eζ(i)のうち少なくとも1つの信号に基づき、現時点のステップサイズパラメータμζη(n)を出力する。
LMS演算部7ζηは、(数158)で示すフィルタ係数Wζη(n)を(数159)のように更新する。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
信号加算器9ηは二次騒音信号yζη(n)を(数160)で示すように合計して、二次騒音源2ηに供給される二次騒音信号yη(n)を生成する。
Figure 2014006846
実施の形態4における能動騒音低減装置401では、フィルタ係数W0η(k,n)は誤差信号e(i)〜e(i)で更新される。実施の形態5における能動騒音低減装置601では、フィルタ係数W0η(k,n)は誤差信号e(i)で更新される。つまり、ζと一致しない誤差信号は用いられない。
以上のように、能動騒音低減装置601は(数159)に基づいてサンプリング周期TごとにADF部5ζηのフィルタ係数Wζη(n)を更新することで、複数の誤差信号源3ζの位置で騒音N0を打ち消す最適な二次騒音信号yη(n)を求めることができ、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
次にμ調整部8ζηにおける現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμζη(n)を算出する動作を説明する。
μ調整部8ζηは、基準走行条件における複数の基準濾波参照信号rREF,ζη(i)それぞれに基づく基準代表入力値dREF,ζηと基準ステップサイズパラメータμREF,ζηと、各基準代表入力値dREF,ζηに対応する代表入力値dζη(n)から現時点であるn番目のステップのステップサイズパラメータμζη(n)を算出する。
基準走行条件におけるある時点であるl番目のステップから(N−1)ステップ分過去までの基準濾波誤差信号rREF,ζη(i)で構成されるN行1列のベクトルである基準濾波誤差信号RREF,ζηを(数84)同様に(数161)で定義する。
Figure 2014006846
基準代表入力値dREF,ζηは基準走行条件における基準濾波参照信号RREF,ζηに基づき、例えば(数85)と同様に(数162)によって定数として与えることができる。
Figure 2014006846
代表入力値dζη(n)は、(数163)で示す濾波参照信号Rm,ζηに基づき、基準代表入力値dREF,ζηが(数162)で表される場合には(数164)で求められる。
Figure 2014006846
Figure 2014006846
(数129)と同様に、現時点であるn番目のステップにおけるステップサイズパラメータμζη(n)は基準ステップサイズパラメータμREF,ζηを基準代表入力値dREF,ζηに対する代表入力値dζη(n)の比で除算することにより(数165)で求める。
Figure 2014006846
以上のように、μ調整部8ζηがステップサイズパラメータμζη(i)を決定することにより、参照信号xζ(i)が大きい場合でもすべてのADF部5ζηのフィルタ係数Wζη(i)が発散せずに能動騒音低減装置601が安定して動作する。さらに、参照信号xζ(i)が小さい場合でもフィルタ係数Wζη(i)の収束速度が高く、能動騒音低減装置601は効果的に騒音N0を低減することができる。
(実施の形態6)
図18は本発明の実施の形態6における能動騒音低減装置701のブロック図である。図18において、図1、12に示す実施の形態1、3における能動騒音低減装置101、301と同じ部分には同じ参照番号を付す。能動騒音低減装置701は参照信号源1と二次騒音源2と誤差信号源3と信号処理装置704とで構成される。信号処理装置704は、信号処理部4F、304Bと信号加算器709よりなる。信号処理部4Fは参照信号x(i)と誤差信号e(i)とに応じて二次騒音信号y(i)を出力する。信号処理部4Bは誤差信号e(i)に応じて二次騒音信号y(i)を出力する。信号加算器709は二次騒音信号y(i)、y(i)を加算して二次騒音信号y(i)を生成する。二次騒音源2が二次騒音信号y(i)を再生して発生させる二次騒音N1を空間S1内に生じている騒音N0に干渉させることによって騒音N0を低減する。
信号処理装置704は、参照信号x(i)を取得する入力端41と誤差信号e(i)を取得する入力端43と、二次騒音信号y(i)を出力する出力端42とを有する。
信号処理部4Fは、図1に示す実施の形態1における信号処理装置4のADF部5とChat部6とLMS演算部7とμ調整部8と、それぞれ同様の機能を有するADF部5FとChat部6FとLMS演算部7Fとμ調整部8Fとを有する。ADF部5Fは、実施の形態1におけるADF部5と同様に、フィルタ係数と参照信号x(i)をフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより二次騒音信号y(i)を求める。LMS演算部7Fは実施の形態1におけるLMS演算部7と同様に、ADF部5Fのフィルタ係数を更新する。μ調整部8Fは実施の形態1におけるμ調整部8と同様に、参照信号x(i)と濾波参照信号r(i)と誤差信号e(i)の少なくとも1つに応じて、ADF部5Fのフィルタ係数を更新するためのステップサイズパラメータμ(i)を決定する。
信号処理部304Bは、図12に示す実施の形態3における信号処理装置304のADF部5とChat部6とLMS演算部7とμ調整部8と参照信号生成部10とそれぞれ同様の機能を有するADF部5BとChat部6BとLMS演算部7Bとμ調整部8Bとを有し、参照信号生成部10Bを有してもよい。ADF部5Bは実施の形態3におけるADF部5と同様に、フィルタ係数と参照信号x(i)をフィルタリング演算すなわち畳み込み演算することにより二次騒音信号y(i)を求める。LMS演算部7Bは実施の形態3におけるLMS演算部7と同様に、ADF部5Bのフィルタ係数を更新する。μ調整部8Bは実施の形態3におけるμ調整部8と同様に、参照信号x(i)と濾波誤差信号r(i)と誤差信号e(i)の少なくとも1つに応じて、ADF部5Bのフィルタ係数を更新するためのステップサイズパラメータμ(i)を決定する。
能動騒音低減装置701は、実施の形態1、3における能動騒音低減装置101、301と同様に、参照信号x(i)や誤差信号e(i)の大きさに関わらず、ADF部5F、5Bの安定性の確保と高い収束速度とを両立できる。
本発明における能動騒音低減装置は、適応フィルタ部の安定性の確保と高い収束速度とを両立でき、自動車等の車両を初めとする移動体に適用できる。
1 参照信号源
2 二次騒音源
3 誤差信号源
4 信号処理装置
4R レジスタ
5 適応フィルタ部
6 模擬音響伝達特性フィルタ部
7 最小二乗平均演算部
8 μ調整部
10 参照信号生成部
41 入力端(第一の入力端)
42 出力端
43 入力端(第二の入力端)
101 能動騒音低減装置
102 移動体
103 能動騒音低減装置
301 能動騒音低減装置
S1 空間
例えば各二次騒音信号yη(i)を4つの誤差信号源3ζの位置を均等の重みで低減するように算出するように動作する場合、基準ステップサイズパラメータμREF,ξη0〜μREF,ξη3は同一の基準ステップサイズパラメータμREF,ξηを採用してもよい。この基準ステップサイズパラメータμREF,ξηに加えて、(数66)のように基準代表入力値dREF,ξと代表入力値dξ(n)を用いる場合には、ステップサイズパラメータμ ξη (n)を(数68)で求めることができる。
実際の動作では、実施の形態4においても実施の形態3と同様に、(数91)、(数92)のように時不変の定数部分をαξηζとしてまとめて記憶することで、演算量を低減することができる。例えば、基準代表入力値dREF,ξηζを(数126)で、代表入力値dξηζを(数128)で定義する場合は、(数130)、(数131)のようにまとめることができる。
μ調整部8ξηは、基準濾波誤差信号rREF,ξηζ(i)と濾波誤差信号rξηζ(i)の代わりに基準誤差信号eREF,ξ(i)と誤差信号 ξ (i)を用いてステップサイズパラメータμξηζ(n)を算出する。すなわち、(数146)に示す濾波誤差信号Rm,ξηζ(n)の代わりに、現時点であるn番目のステップから(N−1)ステップ分過去までのN個の誤差信号e(i)からなるN行1列のベクトルである誤差信号Em,ξ(n)を(数149)で定義する。
図18は本発明の実施の形態6における能動騒音低減装置701のブロック図である。図18において、図1、12に示す実施の形態1、3における能動騒音低減装置101、301と同じ部分には同じ参照番号を付す。能動騒音低減装置701は参照信号源1と二次騒音源2と誤差信号源3と信号処理装置704とで構成される。信号処理装置704は、信号処理部4F、304Bと信号加算器709よりなる。信号処理部4Fは参照信号x(i)と誤差信号e(i)とに応じて二次騒音信号y(i)を出力する。信号処理部304Bは誤差信号e(i)に応じて二次騒音信号y(i)を出力する。信号加算器709は二次騒音信号y(i)、y(i)を加算して二次騒音信号y(i)を生成する。二次騒音源2が二次騒音信号y(i)を再生して発生させる二次騒音N1を空間S1内に生じている騒音N0に干渉させることによって騒音N0を低減する。

Claims (21)

  1. 参照信号源と二次騒音源と誤差信号源と共に用いられるように構成された能動騒音低減装置であって、
    前記参照信号源は騒音と相関のある参照信号を出力し、
    前記二次騒音源は二次騒音信号に対応する二次騒音を発生し、
    前記誤差信号源は前記二次騒音と前記騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を出力し、
    前記能動騒音低減装置は、前記参照信号を受ける第一の入力端と前記誤差信号を受ける第二の入力端と前記二次騒音信号を出力する出力端とを有する信号処理装置を備え、
    前記信号処理装置は、
    前記参照信号に基づき前記二次騒音信号を出力する適応フィルタ部と、
    前記出力端から前記第二の入力端までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で前記参照信号を補正して濾波参照信号を出力する模擬音響伝達特性フィルタ部と、
    前記誤差信号と前記濾波参照信号とステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新する最小二乗平均演算部と、
    前記ステップサイズパラメータを決定するμ調整部と、
    を有し、
    前記μ調整部は、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出し、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを記憶し、
    前記基準代表入力値の前記代表入力値に対する比を前記基準ステップサイズパラメータに乗じることにより前記ステップサイズパラメータを算出する、
    ように動作することで前記騒音を低減する能動騒音低減装置。
  2. 前記基準代表入力値は、前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  3. 二次騒音源と誤差信号源と共に用いられるように構成された能動騒音低減装置であって、
    前記二次騒音源は二次騒音信号に対応する二次騒音を発生し、
    前記誤差信号源は前記二次騒音と騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を出力し、
    前記能動騒音低減装置は、前記誤差信号を受ける入力端と前記二次騒音信号を出力する出力端とを有する信号処理装置を備え、
    前記信号処理装置は、
    前記誤差信号に基づき参照信号を出力する参照信号生成部と、
    前記参照信号に基づき前記二次騒音信号を出力する適応フィルタ部と、
    前記出力端から前記入力端までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で前記参照信号を補正して濾波参照信号を出力する模擬音響伝達特性フィルタ部と、
    前記誤差信号と前記濾波参照信号とステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新する最小二乗平均演算部と、
    前記ステップサイズパラメータを決定するμ調整部と、
    を有し、
    前記μ調整部は、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出し、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを記憶し、
    前記基準代表入力値の前記代表入力値に対する比を前記基準ステップサイズパラメータに乗じることにより前記ステップサイズパラメータを算出する、
    ように動作することで前記騒音を低減する能動騒音低減装置。
  4. 前記基準代表入力値は、前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当する、請求項3に記載の能動騒音低減装置。
  5. 前記参照信号生成部は前記誤差信号を前記参照信号として出力する、請求項3または4に記載の能動騒音低減装置。
  6. 二次騒音源と誤差信号源と共に用いられるように構成された能動騒音低減装置であって、
    前記二次騒音源は二次騒音信号に対応する二次騒音を発生し、
    前記誤差信号源は前記二次騒音と騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を出力し、
    前記能動騒音低減装置は、前記誤差信号を受ける入力端と前記二次騒音信号を出力する出力端とを有する信号処理装置を備え、
    前記信号処理装置は、
    前記誤差信号に基づき前記二次騒音信号を出力する適応フィルタ部と、
    前記出力端から前記入力端までの音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性で前記誤差信号を補正して濾波誤差信号を出力する模擬音響伝達特性フィルタ部と、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号とステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新する最小二乗平均演算部と、
    前記ステップサイズパラメータを決定するμ調整部と、
    を有し、
    前記μ調整部は、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出し、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを記憶し、
    前記基準代表入力値の前記代表入力値に対する比を前記基準ステップサイズパラメータに乗じることにより前記ステップサイズパラメータを算出する、
    ように動作することで前記騒音を低減する能動騒音低減装置。
  7. 前記基準代表入力値は、前記誤差信号と前記濾波誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当する、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  8. 前記基準ステップサイズパラメータは、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値の最大値である、請求項1から7のいずれか一項に記載の能動騒音低減装置。
  9. 前記基準ステップサイズパラメータに乗じる係数の上限値と下限値のうちの少なくとも一方の値が設定されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の能動騒音低減装置。
  10. 前記係数は固定小数点のフォーマットを有する前記信号処理装置のレジスタ上で表されるディジタル値であり、
    前記μ調整部は前記係数の小数点の位置を変えることで前記係数の前記上限値と前記下限値のうちの前記少なくとも一方の値を設定する、請求項9に記載の能動騒音低減装置。
  11. 前記能動騒音低減装置は空間を有する移動体に搭載されるように構成されており、
    前記騒音は前記空間に生じ、
    前記二次騒音源は前記空間で二次騒音を発生し、
    前記残留音は前記空間で発生する、請求項1から10のいずれか一項に記載の能動騒音低減装置。
  12. 騒音と相関のある参照信号を適応フィルタ部により処理して二次騒音信号を得るステップと、
    前記参照信号を補正して濾波参照信号を得るステップと、
    前記二次騒音信号に基づいて発生された二次騒音と前記騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号と前記濾波参照信号とステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
    を含み、
    前記フィルタ係数を更新するステップは、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出するステップと、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを得るステップと、
    前記基準代表入力値の前記代表入力値に対する比を前記基準ステップサイズパラメータに乗じることにより前記ステップサイズパラメータを算出するステップと、
    前記誤差信号と前記濾波参照信号と前記算出されたステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
    を含む能動騒音低減方法。
  13. 前記基準代表入力値は、前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当する、請求項12に記載の能動騒音低減方法。
  14. 騒音を低減する能動騒音低減方法であって、
    参照信号を適応フィルタ部により処理して二次騒音信号を得るステップと、
    前記二次騒音信号に基づいて発生された二次騒音と前記騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号を得るステップと、
    前記誤差信号に基づいて前記参照信号を得るステップと、
    前記参照信号を補正して濾波参照信号を得るステップと、
    前記誤差信号と前記濾波参照信号とステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
    を含み、
    前記フィルタ係数を更新するステップは、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出するステップと、
    前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを得るステップと、
    前記基準代表入力値の前記代表入力値に対する比を前記基準ステップサイズパラメータに乗じることにより前記ステップサイズパラメータを算出するステップと、
    前記誤差信号と前記濾波参照信号と前記算出されたステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
    を含む能動騒音低減方法。
  15. 前記基準代表入力値は、前記参照信号と前記濾波参照信号と前記誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当する、請求項14に記載の能動騒音低減方法。
  16. 前記誤差信号に基づいて参照信号を得るステップは、前記誤差信号を前記参照信号として得るステップを含む、請求項14または15に記載の能動騒音低減方法。
  17. 騒音を低減する能動騒音低減方法であって、
    誤差信号を適応フィルタ部により処理して二次騒音信号を得るステップと、
    前記二次騒音信号に基づいて発生された二次騒音と前記騒音との干渉による残留音に対応する前記誤差信号を得るステップと、
    前記誤差信号を補正して濾波誤差信号を得るステップと、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号とステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
    を含み、
    前記フィルタ係数を更新するステップは、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号のうちの少なくとも1つの信号の振幅に相当する代表入力値を算出するステップと、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅が所定の振幅であるときの代表入力値である基準代表入力値と、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値である所定の基準ステップサイズパラメータとを得るステップと、
    前記基準代表入力値の前記代表入力値に対する比を前記基準ステップサイズパラメータに乗じることにより前記ステップサイズパラメータを算出するステップと、
    前記誤差信号と前記濾波誤差信号と前記算出されたステップサイズパラメータとを用いて前記適応フィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
    を含む能動騒音低減方法。
  18. 前記基準代表入力値は、前記誤差信号と前記濾波誤差信号のうちの前記少なくとも1つの信号の振幅の最大値に相当する、請求項17に記載の能動騒音低減方法。
  19. 前記基準ステップサイズパラメータは、前記代表入力値が前記基準代表入力値である場合に前記フィルタ係数が収束する前記ステップサイズパラメータの値の最大値である、請求項12から18のいずれか一項に記載の能動騒音低減方法。
  20. 前記基準ステップサイズパラメータに乗じる係数の上限値と下限値のうちの少なくとも一方の値が設定されている、請求項12から19のいずれか一項に記載の能動騒音低減方法。
  21. 前記係数は固定小数点のフォーマットを有するレジスタ上で表されるディジタル値であり、
    前記係数の小数点の位置を変えることで前記係数の前記上限値と前記下限値のうちの前記少なくとも一方の値を設定する、請求項20に記載の能動騒音低減方法。
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