JPWO2014115533A1 - 能動騒音低減装置と、これを用いた機器、ならびに能動型騒音低減方法 - Google Patents

能動騒音低減装置と、これを用いた機器、ならびに能動型騒音低減方法 Download PDF

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Abstract

能動騒音低減装置では、この課題を解決するために、制御ブロックは、レベル検出部で検知した参照信号のレベルの大きさを判定する。そして、制御ブロックにおいて、参照信号のレベルが小さいと判定された場合に、キャンセル信号のレベルを小さくする。これにより、騒音のレベルが小さい場合でも、異音の発生を抑制することができる。

Description

本発明は、騒音にキャンセル音を干渉させることによって、騒音を低減する能動騒音低減装置と、これを用いた機器、ならびに能動騒音低減方法に関する。
近年、自動車等の機器の動作(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22は自動車の車室等の空間S1で聞こえる騒音N0を低減する従来の能動騒音低減システム901のブロック図である。従来の能動騒音低減システム901は、参照信号源1とキャンセル音源2と誤差信号源3と能動騒音低減装置904とを備える。
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。能動騒音低減装置904は、参照信号x(i)が入力され、キャンセル信号y(i)を出力する。キャンセル音源2は、キャンセル信号y(i)に対応するキャンセル音N1を車室などの空間S1へ出力する。誤差信号源3は、空間S1における騒音N0と、キャンセル音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。
能動騒音低減装置904は、適応フィルタ部(以下、ADF部)905と模擬音響伝達特性データフィルタ部(以下、Chat部)6と最小二乗平均演算部(以下、LMS演算部)907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905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)型の適応フィルタによって構成されている。現時点のフィルタ係数w(k,n)は、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905は、フィルタ係数w(k,n)と参照信号x(i)を用いて現時点のキャンセル信号y(n)を出力する。すなわち、ADF部905は、(数1)で示すようにして、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って、キャンセル信号y(n)を求める。なお、この説明では、現時点はn番目のステップである。したがって、次回(あるいは次時点)は(n+1)番目のステップであり、前回は(n−1)番目のステップである。
Figure 2014115533
Chat部6は、キャンセル信号y(i)の信号伝達経路の音響伝達特性C(i)を模擬した時不変のフィルタ係数(以降、模擬音響伝達特性データ)C^からなるFIR型のフィルタを有している。なお信号伝達経路は、キャンセル信号y(i)が出力されてから、誤差信号e(i)としてLMS演算部907へ到達するまでの伝達経路である。そして、Chat部6は模擬音響伝達特性データC^と参照信号x(i)とをフィルタリング演算して得られる濾波参照信号r(i)を出力する。
LMS演算部907は、現時点の濾波参照信号R(n)と誤差信号e(n)とステップサイズパラメータμを用い、ADF部905の現時点でのフィルタ係数W(n)を更新し、(数2)に示すようにして、次時点のステップのフィルタ係数W(n+1)を求める。
Figure 2014115533
ここで、ADF部905のフィルタ係数W(n)は、(数3)で表すように、N行1列のベクトルであり、現時点のN個のフィルタ係数w(k,n)によって構成されている。
Figure 2014115533
また、濾波参照信号R(n)もN行1列のベクトルであり、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)によって構成されている。
能動騒音低減システム901は、(数2)に示すように、サンプリング周期TごとにADF部905のフィルタ係数W(i)を更新する。その結果、能動騒音低減システム901は、誤差信号源3の位置で騒音N0を打ち消すためのキャンセル信号y(i)を出力する。
なお、能動騒音低減システム901に類似する従来の能動騒音低減システムは特許文献1に記載されている。
従来の能動騒音低減装置904では、騒音N0のレベルが小さくなる方向へ変化する場合、キャンセル音源2から出力されたキャンセル音N1が騒音N0よりも大きくなり、キャンセル音N1が異音となる場合がある。
特開平7−28474号公報
能動騒音低減装置はキャンセル信号生成ブロックと模擬音響伝達特性データフィルタ部と最小二乗平均演算部とレベル検出部と制御ブロックとを含む。レベル検出部は、参照信号が入力されて、参照信号のレベルを検知し、検知した参照信号の信号レベルを制御ブロックへと出力する。制御ブロックには参照信号の信号レベルが入力され、信号レベルの大きさを判定する。制御ブロックは、参照信号のレベルが小さいと判定した場合、キャンセル信号のレベルを小さくなる方向へと変化させる。
この能動騒音低減装置は、異音の発生を抑制し、良好に騒音を低減できる。
図1は本発明の実施の形態1における第1の例の能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図2は実施の形態1における第2〜第8の例の能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図3は実施の形態1における能動騒音低減装置を用いた移動体機器の概略図である。 図4は実施の形態1における第2、第4の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図5は実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図6は実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図7Aは実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図7Bは実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の他の動作のフローチャートである。 図8は実施の形態1の第3の例のレベル検出部のブロック図である。 図9Aは、実施の形態1における第3の例の能動騒音低減装置の参照信号の周波数特性を示す図である。 図9Bは、実施の形態1における第3の例の能動騒音低減装置の参照信号の周波数特性を示す図である。 図10Aは実施の形態1における第5の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのフローチャートである。 図10Bは実施の形態1における第5の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックの他のフローチャートである。 図11は本発明の実施の形態1における第6の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図12は本発明の実施の形態1における第7の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図13は本発明の実施の形態1における第7の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図14は本発明の実施の形態1における第8の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図15は本発明の実施の形態2における能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図16は実施の形態2における能動騒音低減装置を用いた移動体機器の概略図である。 図17は実施の形態2における能動騒音低減装置に格納された対応テーブルを示す図である。 図18は実施の形態2における第2の例の能動騒音低減装置キャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図19は実施の形態2における第3の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図20は本発明の実施の形態3における能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図21は実施の形態3における能動騒音低減装置を用いた移動体機器の概略図である。 図22は従来の能動騒音低減システム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における第1の例の能動騒音低減装置4を用いた能動騒音低減システム101のブロック図である。
本実施の形態における能動騒音低減システム101は、参照信号源1とキャンセル音源2と誤差信号源3と能動騒音低減装置4を含んで構成されている。能動騒音低減装置4は参照信号入力端子41と出力端子42と誤差信号入力端子43と、キャンセル信号生成ブロック105と模擬音響伝達特性データフィルタ部(以降、Chat部)6と最小二乗平均演算部(以降、LMS演算部)7と、制御ブロック8とレベル検出部10と記憶部11とを含んで構成されている。
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。能動騒音低減装置4は、参照信号x(i)が入力され、キャンセル信号y(i)を出力する。キャンセル音源2は、キャンセル信号y(i)に対応するキャンセル音N1を車室などの空間S1へ出力する。誤差信号源3は、空間S1における騒音N0と、キャンセル音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。
参照信号入力端子41には、参照信号源1から出力された騒音N0と相関のある参照信号x(i)が入力される。
キャンセル信号生成ブロック105は適応フィルタ部(以降、ADF部)5を含み、参照信号x(i)に基づいたキャンセル信号y(i)を出力する。
そして出力端子42は、キャンセル信号生成ブロック105から出力されたキャンセル信号y(i)をキャンセル音源2へと出力する。出力端子42から出力されたキャンセル信号y(i)は、キャンセル音源2によってキャンセル信号y(i)に対応するキャンセル音N1へと変換されて空間S1へ放出される。誤差信号入力端子43には、キャンセル音源2から出力されたキャンセル音N1と騒音N0との干渉による残留音である誤差信号e(i)が入力される。
Chat部6は、模擬音響伝達特性データC^によって参照信号x(i)を補正し、濾波参照信号r(i)をLMS演算部7へ出力する。なお、模擬音響伝達特性データC^は、キャンセル信号生成ブロック105からキャンセル信号y(i)が出力されてから、誤差信号e(i)としてLMS演算部7へ到達するまでの間の信号伝達経路の音響伝達特性Cを模擬したデータである。
LMS演算部7は、現時点の誤差信号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とを用いて、ADF部5で用いるフィルタ係数W(i)を更新する。
レベル検出部10は、参照信号x(i)の信号レベルL(i)を検出し、制御ブロック8へと出力する。制御ブロック8はレベル検出部10によって検出された信号レベルL(i)を判定している。そして、制御ブロック8は信号レベルL(i)が小さいと判定した場合、キャンセル信号y(i)のレベル(振幅)が小さくなるよう調整している。その結果、キャンセル信号y(i)は、レベル(振幅)が小さくなる方向へと調整される。
なお、制御ブロック8は制御ブロック8が直接的にキャンセル信号y(i)を調整しても良い。あるいは制御ブロック8は、他のブロックなどを介して、間接的にキャンセル信号y(i)を調整しても構わない。
ここで、参照信号x(i)には、騒音N0に起因した信号である騒音成分信号x(i)と、ノイズ成分である参照信号ノイズx(i)を含んでいる。参照信号ノイズx(i)は参照信号源1自身が発生するノイズや、参照信号源1から出力された参照信号x(i)が参照信号入力端子41で取得される過程において生じるノイズなどを含んでいる。
騒音成分信号x(i)は、騒音N0と相関性が高い。しかし、参照信号ノイズx(i)は、騒音N0と相関性がない。騒音N0が小さく、これに起因した騒音成分信号x(i)のレベルが小さい場合、参照信号x(i)の少なくともある一部の周波数において、騒音成分信号x(i)の信号レベルL(i)が、参照信号ノイズx(i)の信号レベルL(i)よりも小さくなる場合がある。この場合、キャンセル音源2から参照信号ノイズx(i)に対応するノイズ音を含むキャンセル音N1が出力される。したがって、参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音が異音の原因となる。
そこで、以上のような構成とすることによって、制御ブロック8は、参照信号x(i)の信号レベルL(i)が小さいと判断した場合に、キャンセル信号生成ブロック105から出力されるキャンセル信号y(i)のレベルを小さくする。その結果、キャンセル音源2から出力される参照信号ノイズx(i)に対応するキャンセル音N1の音を小さくできる。したがって、騒音N0が小さい場合でも、参照信号ノイズx(i)による異音の発生を抑制することができ、良好に騒音N0を低減できる能動騒音低減装置4を提供できる。
次に、本実施の形態における能動騒音低減装置4の構成について詳細に説明する。図2は、本発明の実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置4を用いた能動騒音低減システム101のブロック図である。図3は実施の形態1における能動騒音低減装置4を用いた移動体機器の概略図である。なお図2、図3において、図1と同じものには同じ符号を付す。
本実施の形態の能動騒音低減装置4は、機器へ搭載されて使用している。機器は、機器本体と空間S1と能動騒音低減システム101を含んでいる。そして能動騒音低減システム101は、参照信号源1とキャンセル音源2と誤差信号源3と能動騒音低減装置4を含んでいる。なお、空間S1は機器本体内に設けられた部屋などであり、この部屋には人が入室する。
以下、機器の一例として自動車102を用いて説明する。本例の空間S1は、自動車102のボディ103(機器本体)内に設けられており、人が搭乗する車室である。そして、車室へ搭乗する人には運転者や搭乗者が含まれる。なお、運転者は機器を操作する操作者の一例として用いている。また、搭乗者は機器を使用する使用者の一例として用いている。なお、操作者と使用者とが同一であっても構わない。
図2と図3において、参照信号源1はトランスデューサであり、能動騒音低減装置4の参照信号入力端子41と接続されている。参照信号源1は、騒音N0と相関のある参照信号x(i)を出力するために、自動車102のシャーシなどに固定されている。あるいは、参照信号源1は、騒音N0の騒音源あるいは騒音伝達経路に設置してもよい。たとえば、参照信号源1は、エンジン、車軸、ボディ、タイヤ、タイヤハウス、ナックル、アーム、サブフレーム、外装部、内装部などに設置してもよい。なお参照信号源1には、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る。また参照信号源1は、エンジンに対するタコパルスなどのように、騒音源の動作に関連する信号を検出してもよい。
キャンセル音源2はトランスデューサであり、キャンセル信号y(i)に対応したキャンセル音N1を発生させる。キャンセル音源2は、たとえばスピーカを用いることができる。またキャンセル音源2は、空間S1内にキャンセル音N1を放出できるように、ボディ103内へ設置されている。なおキャンセル音源2はカーオーディオのスピーカやアンプなどを流用しても良い。この場合、別途専用にキャンセル音源2を用いる必要がない。またキャンセル音源2は、アクチュエータ等を用いることもできる。この場合、キャンセル音源2は、たとえば自動車102のルーフ等の構造物に設置する。そして、アクチュエータの出力が構造物を加振することによって、構造物からキャンセル音N1が放出される。
またキャンセル音源2は、一般的にキャンセル信号y(i)を増幅する電力増幅部を有している。なおキャンセル音源2は、外部に設けた電力増幅器によって増幅されたキャンセル信号y(i)によって駆動しても良い。実施の形態1における電力増幅部は、キャンセル音源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。さらにキャンセル音源2は、低域通過フィルタ等のフィルタ部や、キャンセル信号y(i)の信号の振幅や位相を調整する信号調整器などを含んでもよい。なお、これらの中の少なくともいずれかひとつをキャンセル信号生成ブロック115側へ設けても構わない。
誤差信号源3は、空間S1における残留音である騒音N0とキャンセル音N1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。誤差信号源3はトランスデューサであり、マイクロフォン等を用いることができる。なお誤差信号源3は、ボディ103内において空間S1の残留音を集音可能となるように設置される。したがって誤差信号源3は、騒音N0を低減すべき空間S1内に設置されることが望ましい。たとえば、誤差信号源3は座席のヘッドレストや搭乗者が座る座席の頭上近くのルーフなどの位置に設置する。すなわち、搭乗者の耳に近い位置に誤差信号源3を設置することにより、搭乗者が聞く騒音N0と相関性の高い誤差信号e(i)を検知できる。
能動騒音低減装置4は、信号処理装置(マイコンやDSP)内で構成されており、キャンセル信号生成ブロック115、Chat部6やLMS演算部7は、サンプリング周期Tの離散時間の間隔で動作している。なお、本実施の形態において、キャンセル信号生成ブロック115、Chat部6やLMS演算部7の処理は、ソフトウェアによって行われているが、これに限らずそれぞれに専用の回路で行われてもよい。また能動騒音低減装置4は、参照信号x(i)以外の情報から参照信号x(i)を生成し、参照信号入力端子41に出力するブロックを設けても良い。
以上の構成によって、能動騒音低減装置4は、参照信号x(i)と誤差信号e(i)とに応じたキャンセル信号y(i)を出力端子42から出力する。その結果、キャンセル音源2は、キャンセル信号y(i)に対応するキャンセル音N1を空間S1内に発生する。したがって、空間S1内の騒音N0にキャンセル音N1が干渉し、空間S1の騒音N0を低減することができる。
一般的に、自動車102の走行中に発生する騒音には、種々の原因による騒音が含まれる。たとえばエンジン回転によるこもり音、タイヤが原因となる騒音、さらには車軸、タイヤハウス、ナックル、アーム、サブフレーム、ボディなどの振動によって発生する騒音などがある。特に本例のような自動車102は、走行時に発生する騒音N0の発生要因が非常に多い。したがって、生じる騒音の周波数帯域は広い。
そこで、このような広い周波数の騒音N0を低減するために、キャンセル信号生成ブロック115は、ADF部5を含む。ADF部5は、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ている。なお、フィルタ係数w(k)の値は、フィルタードX−LMS(以下、FxLMS)アルゴリズムによって、サンプリング周期Tごとに更新される。
そしてADF部5は、現時点におけるフィルタ係数w(k,n)と参照信号x(i)を用いてキャンセル信号y(n)を求める。すなわち現時点のキャンセル信号y(n)は、(数4)に示すように、フィルタ係数w(k,n)と参照信号x(i)をフィルタリング演算(畳み込み演算)することにより求める。
Figure 2014115533
Chat部6には、キャンセル信号y(i)の信号伝達経路の音響伝達特性Cを模擬した模擬音響伝達特性データC^が記憶されている。なお信号伝達経路は、キャンセル信号生成ブロック115からLMS演算部7までの間の信号経路である。本実施の形態における信号伝達経路は、キャンセル信号y(i)がキャンセル信号生成ブロック115から出力されてから、誤差信号e(i)としてLMS演算部7へ到達するまでの間の経路である。そして音響伝達特性Cは、信号伝達経路でのキャンセル信号y(i)の遅延時間(位相変化量)や、ゲイン変化量などの特性である。
信号伝達経路は、キャンセル音源2、誤差信号源3、空間S1に加えて、フィルタや、ディジタルアナログ(以下、D/A)変換器、アナログディジタル(以下、A/D)変換器などを含んでも良い。なお、本例の出力端子42はD/A変換器を含み、キャンセル音源2はフィルタを含んでいる。一方、誤差信号源3は、フィルタを含み、誤差信号入力端子43はA/D変換器を含んでいる。つまり音響伝達特性Cは、キャンセル信号生成ブロック105からLMS演算部7の間でのキャンセル音源2の特性や空間S1の音響特性に加えて、信号伝達経路に含まれるフィルタの特性やD/A変換およびA/D変換による信号の遅延などを内包してもよい。
本実施の形態の模擬音響伝達特性データC^は、(数5)に示すように、N行1列のベクトルとして表現される。すなわち、模擬音響伝達特性データC^は、N個の時不変なFIRフィルタ係数である模擬音響伝達特性データc^(k)、(k=0,1,…,N−1)によって構成されている。なお、模擬音響伝達特性データC^は更新あるいは補正して用いることもできる。また、模擬音響伝達特性データC^は時間により変化する時変なフィルタ係数である模擬音響伝達特性データc^(k,i)であってもよい。
Figure 2014115533
Chat部6は、(数5)に示す模擬音響伝達特性データC^と、参照信号X(n)とを(数6)に示すフィルタリング演算すなわち畳み込み演算して、現時点での濾波参照信号r(n)を作成する。
Figure 2014115533
ここで参照信号X(n)は、(数7)に示すように、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)によって構成されている。
Figure 2014115533
LMS演算部7には、(数6)で示される現時点の濾波参照信号r(n)が入力され、濾波参照信号R(n)を生成する。そのために記憶部11には、前回すなわち(n−1)番目のステップから、現在から(N−1)ステップ分過去までの(N−1)個の濾波参照信号r(n−1),・・・,r(n−(N−1))が記憶されている。そしてLMS演算部7は、(数8)に示すように、これらのN個の濾波参照信号r(i)を用いて、N行1列のベクトルである濾波参照信号R(n)を準備する。
Figure 2014115533
現時点のフィルタ係数W(n)は、(数9)に示すように、それぞれN個のフィルタ係数w(k,n)、(k=0,1,…,N−1)によるN行1列のベクトル行列として表される。
Figure 2014115533
LMS演算部7は、(数10)に示すように、現時点での誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμ、および現時点のフィルタ係数W(n)とを用いて、ADF部5において次回に使用するフィルタ係数W(n+1)を算出する。
Figure 2014115533
したがって、次回のフィルタ係数W(n+1)はLMS演算部7によって前回に算出されたフィルタ係数W(n)に基づいて生成される。その結果、次回にADF部5はフィルタ係数W(n+1)によって適応制御が継続される。
レベル検出部10は、参照信号x(i)が入力される。そしてレベル検出部10は、参照信号x(i)の信号レベルL(n)を検知し、検知した信号レベルL(n)を制御ブロック8へ出力する。なお本実施の形態のレベル検出部10は、信号処理装置内に形成されている。しかしレベル検出部10は、信号処理装置外に設けてもよい。あるいは、レベル検出部10は、能動騒音低減装置4外に設けてもかまわない。ただしこの場合、能動騒音低減装置4は、参照信号入力端子41とは別に、レベル検出部10の出力を制御ブロック8へ供給するための端子を有する。そしてレベル検出部10は、この端子と参照信号源1との間に設けられる。
制御ブロック8は、レベル検出部10によって検出された参照信号x(i)の信号レベルL(i)が入力される。制御ブロック8は、入力された現時点の信号レベルL(n)が、あらかじめ定められた値以下であるかを判定する。制御ブロック8は、信号レベルL(n)の値があらかじめ定められた値以下である場合に、参照信号x(n)のレベルが小さいと判定している。
その結果、制御ブロック8は、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、キャンセル信号y(n)のレベルを調整するための制御信号を出力する。
キャンセル信号生成ブロック115は、制御ブロック8から出力された制御信号が入力される調整部9をさらに備える。調整部9は、この制御信号に基づき、キャンセル信号y(n)のレベルを調整する。調整部9は、制御ブロック8が信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、キャンセル信号y(n)のレベルが小さくなる方向へと変化させる。すなわち、制御ブロック8は、調整部9を介して、キャンセル信号y(i)のレベルを調整している。以上の構成とすることによって、制御ブロック8は、間接的にキャンセル信号y(i)のレベルを調整することができる。
なお、実施の形態1の第1の例のキャンセル信号生成ブロック105は、調整部9を含んでいる。この構成により、キャンセル信号生成ブロック105は、制御ブロック8の判定結果に基づいて、キャンセル信号y(i)のレベルを調整できる。
また本例の制御ブロック8は、レベル調整係数α(i)を制御信号として出力する。なお調整部9は、(数11)に示すように、キャンセル信号y(n)にレベル調整係数α(n)を乗じることによって、キャンセル信号y(n)のレベルを調整できる。
Figure 2014115533
制御ブロック8は、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、キャンセル信号y(n)のレベルが小さくなる方向へ変化するようにレベル調整係数α(n)の値を変化させる。この構成により、キャンセル信号生成ブロック115から出力されるキャンセル信号y(n)のレベルは小さくなる。制御ブロック8は、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、たとえば現時点のレベル調整係数α(n)を前回のレベル調整係数α(n−1)よりも小さな値へと変更している。
(数12)に示すように、キャンセル信号y(n)にレベル調整係数α(n)を乗じる演算は、ADF部5で行われる(数4)に示す演算において、参照信号x(i)あるいはフィルタ係数w(k,n)にレベル調整係数α(n)を乗じる演算と同義である。したがって、調整部9はキャンセル信号y(n)と参照信号x(i)とフィルタ係数w(k,n)の少なくともひとつを調整することで、キャンセル信号y(n)のレベルを調整できる。
Figure 2014115533
以上のような構成にすることにより、キャンセル信号生成ブロック105は、(数12)に示すようにして、キャンセル信号y(i)を生成する。その結果、キャンセル信号生成ブロック115は、レベル調整係数α(i)の値によって、キャンセル信号y(i)のレベルを変化させることができる。したがって、制御ブロック8は、レベル調整係数α(i)の値を小さくすることによって、キャンセル信号y(i)のレベルを小さくできる。
なお、本例における調整部9は、レベル調整係数α(i)を乗じる乗算器であるが、振幅調整器や利得可変増幅器などを用いても良い。この場合、制御ブロック8から出力される制御信号に対応して、キャンセル信号生成ブロック115から出力されたキャンセル信号y(i)やキャンセル信号生成ブロック115に入力される参照信号x(i)、フィルタ係数w(k,i)の振幅や、利得を変化させる。
調整部9は、キャンセル信号生成ブロック115外に別途設けてもよい。たとえば、調整部9によってキャンセル信号y(i)のレベルを調整する場合、調整部9はキャンセル信号生成ブロック115と出力端子42の間に設けてもよい。あるいは調整部9は、出力端子42に包含してもよい。延いては、能動騒音低減装置4の外部へ設けてもよい。たとえば調整部9は、キャンセル音源2に包含されていても良い。
調整部9が、参照信号x(i)を調整する構成である場合、調整部9はキャンセル信号生成ブロック115と参照信号入力端子41の間に設けてもよい。また調整部9は、参照信号入力端子41、あるいは参照信号源1に包含されていても良い。
調整部9がフィルタ係数W(i)を調整する構成である場合、調整部9はキャンセル信号生成ブロック115とLMS演算部7の間に設けてもよい。あるいは、調整部9はLMS演算部7に包含されていてもよい。
さらに、制御ブロック8が調整部9を包含する構成としても良い。制御ブロック8が、キャンセル信号y(i)にレベル調整係数α(i)を乗じてキャンセル信号y(i)を調整する場合、制御ブロック8はキャンセル信号生成ブロック115と出力端子42との間に設けられる。この場合、制御ブロック8はレベル調整係数α(i)を出力する必要は無い。
制御ブロック8は、通常時すなわち信号レベルL(n)が小さくないと判定したときに、レベル調整係数α(n)の値として1を出力している。制御ブロック8は、信号レベルL(n)が小さいと判断した場合に、レベル調整係数α(n)、(0≦α(n)<1)を記憶部11から読み出して出力する。レベル調整係数α(n)は、あらかじめ記憶部11内に記憶されている。
なお、本例のレベル調整係数α(i)の値は固定値としているが、変動値としても良い。たとえば制御ブロックは、信号レベルL(n)があらかじめ定められた値以下であると判定した場合、レベル調整係数α(n)を信号レベルL(n)に応じて変化するようにしてもかまわない。ただし、この場合もレベル調整係数α(n)は0≦α(n)<1の範囲で調整される。
本例の制御ブロック8は、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、レベル調整係数α(n)を0としている。この構成により、制御ブロック8は、キャンセル音N1を停止でき、異音の発生が抑制される。このように信号レベルL(i)が小さい状態では、騒音N0のレベルが小さいので、キャンセル音N1の出力を停止しても、騒音N0はさほど気にならない。
なお、本実施の形態においてレベル調整係数α(i)は0であるが、本実施の形態はこれに限定されない。レベル調整係数α(i)は、実用的にキャンセル信号y(i)による異音が耳障りとならない範囲の値とすればよい。
以上の構成によって、制御ブロック8は、信号レベルL(i)が小さいと判断した場合、レベル調整係数α(i)の値を1よりも小さな値としている。その結果、キャンセル信号y(i)のレベルは小さくできる。したがって、参照信号ノイズx(i)によって発生する音を小さくできるので、騒音N0が小さい場合でも参照信号ノイズx(i)による異音の発生を抑制することができる。したがって、良好に騒音N0を低減できる能動騒音低減装置4を提供できる。
ところが、上記のようにキャンセル信号y(i)を小さくする、あるいはキャンセル音N1の出力を停止した場合、フィルタ係数W(i)が過大になってしまい、最悪の場合、フィルタ係数W(i)が発散することもある。フィルタ係数W(i)の発散は、LMS演算部7が、小さくなったキャンセル信号y(i)を補うようにフィルタ係数W(i)を更新するために発生する。一方、キャンセル信号y(i)を調整しない場合には、騒音と相関の無い参照信号ノイズx(i)を打ち消すようにフィルタ係数W(i)が更新されてしまい、異音がより大きくなる場合がある。
これを改善するために、制御ブロック8が信号レベルL(i)を小さいと判断した場合、LMS演算部7は、(数13)に示すように、レベル調整係数α(n)を用いて、次回のフィルタ係数W(n+1)を算出する。
Figure 2014115533
この構成により、次回のフィルタ係数W(n+1)は、誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμとレベル調整係数α(n)に基づいて更新される。したがって、キャンセル信号y(n)のレベルが小さくなった場合でも、フィルタ係数W(n+1)は急激な更新が抑制される。さらに、LMS演算部7が、誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμとレベル調整係数α(n)のうちの、少なくともいずれかひとつを0にする構成としても良い。この場合、フィルタ係数W(n+1)が誤って大きな値に更新されることや、参照信号ノイズx(i)に基づく値に更新されることを防止できる。
以下、本実施の形態における能動騒音低減装置4において、騒音N0を低減するための手順と動作について図面を用いて説明する。図4は本例の能動騒音低減装置4の制御フローチャートである。図5は制御ステップの制御フローチャートである。図6はLMS演算ステップの制御フローチャートである。図7Aはキャンセル信号生成ステップの制御フローチャートである。
図4に示した制御フローチャートは、本例の能動騒音低減装置4において騒音N0を低減するための能動騒音低減装置4のメインルーチンである。このメインルーチンは、起動ステップ501と初期設定ステップ502と入力ステップ503とChat生成ステップ504と制御ステップ505とLMS演算ステップ506とキャンセル信号生成ステップ507を含んでいる。
なおChat生成ステップ504は、図2に示すChat部6において実行されている。制御ステップ505は、図2に示す制御ブロック8において実行されている。LMS演算ステップ506は、図2に示すLMS演算部7において実行されている。キャンセル信号生成ステップ507は、図2に示すキャンセル信号生成ブロック115にて実行されている。
起動ステップ501では、能動騒音低減装置4へ電源が投入されて、能動騒音低減装置4の動作を開始する。初期設定ステップ502では、記憶部11に記憶されたフィルタ係数W(i)の初期値W(0)と模擬音響伝達特性データC^などを読み出す。入力ステップ503では、参照信号x(n)や誤差信号e(n)を取得する。
Chat生成ステップ504では、入力された参照信号x(n)から参照信号X(n)を準備する。さらにChat生成ステップ504では、参照信号X(n)を模擬音響伝達特性データC^によって補正することによって、濾波参照信号r(n)を生成する。本例のChat生成ステップ504は、メインフローの中で実行しているが、これに限らずサブルーチンとして実行しても良い。ただし、Chat生成ステップ504は、LMS演算ステップ506よりも前に実行される。このようにChat生成のルーチンを並列処理すれば、短時間に演算を行えるので、サンプリング周期Tも短くできる。したがって、精度良くかつ、すばやく騒音N0を低減できる。
制御ステップ505では、入力された参照信号x(n)のレベルを検知する。そして参照信号x(n)のレベルが小さいと判定した場合に、キャンセル信号y(n)のレベルを調整するための制御信号を生成する。そのために、制御ステップ505は、図5に示すように、入力ステップ505aと信号レベル検知ステップ505bと判定ステップ505cと制御信号出力ステップ505dを含む。
入力ステップ505aでは、参照信号x(n)を入力し、記憶部11から現時点からγステップ前までの参照信号(x(n−1),・・・,x(n−γ))を読み出す。
信号レベル検知ステップ505bでは、入力ステップ505aで用意した参照信号(x(n),・・・,x(n−γ))から信号レベルL(n)を検出する。
判定ステップ505cでは、信号レベルL(n)をあらかじめ定めた値と比較する。判定ステップ505cでは、信号レベルL(n)があらかじめ定めた値よりも小さい場合に、参照信号x(n)のレベルが小さいと判定している。
制御信号出力ステップ505dでは、判定ステップ505cで参照信号x(n)のレベルが小さいと判定した場合に、キャンセル信号y(n)を小さくする旨の制御信号を出力する。
本実施の形態の第2の例に対応する制御ステップ505の制御信号出力ステップ505dでは、制御信号としてレベル調整係数α(n)を出力する。
制御信号出力ステップ505dでは、通常時すなわち判定ステップ505cで信号レベルL(n)が小さくないと判定した場合に、レベル調整係数α(n)を1として出力する。一方、判定ステップ505cで信号レベルL(n)が小さいと判定された場合、記憶部11にあらかじめ記憶されたレベル調整係数α(n)を読み出す。なお、制御信号出力ステップ505dでは、判定ステップ505cで信号レベルL(i)があらかじめ定められた値以下であると判定された場合、レベル調整係数α(i)を信号レベルL(i)に応じた値へ変化するようにしてもかまわない。ただし、この場合レベル調整係数α(i)は、0≦α(i)<1の範囲内で変化させる。さらに、制御信号出力ステップ505dでは、判定ステップ505cで信号レベルL(i)が小さいと判定された場合、レベル調整係数α(i)を0として出力しても良い。
本例の制御ステップ505は、メインフローの中で実行しているが、これに限らずサブルーチンとして実行しても良い。この場合、制御ステップ505は、LMS演算ステップ506よりも前に実行される。この場合、たとえば制御ステップ505のルーチンは、メインルーチンと並列に処理することもできる。その結果、能動騒音低減装置4は、短時間に演算を行えるので、サンプリング周期Tも短くできる。したがって、精度良くかつ、すばやく騒音N0を低減できる。
図4、図6に示すLMS演算ステップ506では、濾波参照信号r(n)から濾波参照信号R(n)を準備する。さらにLMS演算ステップ506は、入力された誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)と現在のフィルタ係数W(n)とステップサイズパラメータμを用いて、(数10)に示したように、次回のフィルタ係数W(n+1)を算出している。
そのためにLMS演算ステップ506は、入力ステップ506aとフィルタ係数算出ステップ506bと出力ステップ506cを含んでいる。
入力ステップ506aでは、誤差信号e(n)、濾波参照信号r(n)と制御信号を入力する。さらにフィルタ係数W(n)を記憶部11から読み込む。そして、濾波参照信号r(n)を用いて濾波参照信号R(n)を生成する。フィルタ係数W(n)は、前回の(n−1)番目のステップにおいてLMS演算ステップ506で算出されたフィルタ係数である。なお入力ステップ506aは、キャンセル信号y(n)を小さくする旨の制御信号が入力された場合に、ステップサイズパラメータμを0としてもよい。
フィルタ係数算出ステップ506bでは、入力された誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμとフィルタ係数W(n)に基づき、(数10)に示したように、次回のフィルタ係数W(n+1)を算出する。そして、出力ステップ506cは、フィルタ係数算出ステップ506bで算出されたフィルタ係数W(n+1)を記憶部11へ格納する。
LMS演算ステップ506では、(数13)によって、次回のフィルタ係数W(n+1)を算出してもよい。この場合、入力ステップ506aでは、レベル調整係数α(n)をさらに入力する。入力ステップ506aでは、入力されたレベル調整係数α(n)が予め定めた値より小さい場合に、ステップサイズパラメータμを0としてもよい。
フィルタ係数算出ステップ506bでは、入力された誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμとフィルタ係数W(n)および、レベル調整係数α(n)に基づき、(数13)に示したように、次回のフィルタ係数W(n+1)を算出する。
LMS演算ステップ506は、調整ステップ506dをさらに含んでも良い。調整ステップ506dでは制御ステップ505から出力される制御信号に基づいて、出力するフィルタ係数W(n)の大きさを調整する。なおこの時、次回のLMS演算ステップ506で用いるフィルタ係数W(n)は調整しない。
制御信号としてレベル調整係数α(n)が入力される場合、調整ステップ506dではレベル調整係数α(n)をフィルタ係数W(n)に乗じても良い。また調整ステップ506dは、レベル調整係数α(n)が小さい場合に、フィルタ係数W(n)を0にしてもよい。
図4、図7Aに示すキャンセル信号生成ステップ507では、LMS演算ステップ506において算出されたフィルタ係数W(n)と参照信号X(n)と、制御ステップにおいて出力された制御信号に基づいて、キャンセル信号y(n)を生成し、出力端子42へと出力する。そして、キャンセル信号生成ステップ507の後で、入力ステップ503へ戻ることによって適応制御が行われる。
キャンセル信号生成ステップ507は、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bを含む。入力ステップ507aでは、参照信号x(n)と制御信号を入力し、参照信号X(n)を生成する。さらに入力ステップ507aでは、フィルタ係数W(n)を記憶部11から読み込む。
適応フィルタステップ507bは、参照信号X(n)と読み出されたフィルタ係数W(n)と、制御信号に基づいてキャンセル信号y(n)を生成し、出力端子42へと出力する。なお本例の入力ステップ507aでは、制御信号としてレベル調整係数α(n)を入力する。そして適応フィルタステップ507bは、(数11)、(数12)に示されるようにして、キャンセル信号y(n)を生成する。
なお、適応フィルタステップ507bでは、レベル調整係数α(n)が小さい場合に、キャンセル信号y(n)を0にしても良い。あるいは、制御ステップ505においてレベル調整係数α(n)があらかじめ定めた値より小さいと判断された場合に、適応フィルタステップ507bでは、(数11)に示すようにして、キャンセル信号y(n)にレベル調整係数α(n)を乗じても良い。
また入力ステップ507aでは、入力されたレベル調整係数α(n)が小さい場合、参照信号X(n)とフィルタ係数W(n)のいずれかを0にしても良い。あるいは入力ステップ507aでは、参照信号X(n)とフィルタ係数W(n)のいずれかにレベル調整係数α(n)を乗じてもよい。この場合、入力ステップ507aでは、レベル調整係数α(n)があらかじめ定めた値より小さい場合、レベル調整係数α(n)が小さいと判定する。
以上の構成によって、制御ステップ505が参照信号の信号レベルL(i)を小さいと判断した場合に、レベル調整係数α(i)の値は1よりも小さな値となる。したがって、キャンセル信号y(i)のレベルが小さくなる。その結果、キャンセル音N1に含まれる参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音も小さくできるので、騒音N0が小さい場合でも、参照信号ノイズx(i)に起因する異音の発生を抑制することができる。したがって、良好に騒音N0を低減できる能動騒音低減装置4を実現することができる。
図7Bはキャンセル信号生成ステップの他の制御フローチャートである。図7Aに示す動作では、適応フィルタステップ507bもしくは入力ステップ507aでキャンセル信号y(i)のレベルを調整する。図7Bに示す制御動作では、別途設けた調整ステップ507cでキャンセル信号y(i)のレベルを調整する。
調整ステップ507cがキャンセル信号y(i)にレベル調整係数α(i)を乗じる場合、あるいはキャンセル信号y(i)を0にする場合には、調整ステップ507cは適応フィルタステップ507bよりも後で実行される。なお、調整ステップ507cはキャンセル信号生成ステップ507の中に含まず、キャンセル信号生成ステップ507の後に実行されてもよい。
また、調整ステップ507cが参照信号X(i)もしくはフィルタ係数W(i)にレベル調整係数α(i)を乗じる場合、あるいは参照信号X(i)もしくはフィルタ係数W(i)を0にする場合には、調整ステップ507cは適応フィルタステップ507bよりも前で実行される。なお、調整ステップ507cはキャンセル信号生成ステップ507の中に含まず、キャンセル信号生成ステップ507の前に実行されてもよい。
次に、実施の形態1の第3の例のレベル検出部120について説明する。図2に示すように、本例の第3の例の制御ブロック128はレベル検出部120を含む。レベル検出部120は、参照信号x(i)に含まれる参照信号ノイズx(i)のレベルを検出する。そして、制御ブロック128は、レベル検出部120が検出した参照信号ノイズx(i)のレベルを用いて、参照信号x(i)のレベルを判定している。
図8は、第3の例におけるレベル検出部120のブロック図である。図9Aと図9Bは、参照信号入力端子41へ入力される参照信号x(i)の周波数特性を示した図である。図9Aと図9Bにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は信号のレベルを示す。図9Aに示す特性曲線22および図9Bに示す特性曲線23は、参照信号x(i)の周波数特性を示している。なお図9Aは、参照信号x(i)の信号レベルL(i)が大きい状態の特性図であり、図9Bは参照信号x(i)の信号レベルL(i)が小さい状態の特性図である。
レベル検出部120は現時点の参照信号x(n)が入力される。レベル検出部120は、入力された参照信号x(n)に含まれる高周波成分信号xHF(n)のレベルLHF(n)を検出し、制御ブロック128へ出力する。そのために、レベル検出部120は、図8に示すように、ハイパスフィルタ(以降、HPF)120aとノイズレベル検出器120bを含む。そして、HPF120aの出力は、ノイズレベル検出器120bへ供給される。なお本実施の形態において、HPF120aのカットオフ周波数はfHFである。またHPF120aに代えてバンドパスフィルタ(以降、BPF)を用いても良い。なおこの場合、BPFの下側のカットオフ周波数を周波数fHFとしておく。
HPF120aは、参照信号x(i)を入力され、周波数fHF以上の高周波成分信号xHF(n)をノイズレベル検出器120bへ出力する。HPF120aは、たとえばディジタルフィルタであり、現時点からγHFステップ前までの参照信号x(n),・・・,x(n−γHF)とディジタルフィルタの係数を畳み込み演算している。そしてこの構成により、ノイズレベル検出器120bは、高周波成分信号xHF(n)の信号レベルLHF(n)を検知できる。
一般に能動騒音低減システムは、高周波帯域の騒音の低減に比べて、低周波帯域の騒音の低減に有効である。したがって、折り返しノイズを生じさせないために、参照信号源1や参照信号入力端子41には、ローパスフィルタ(以降、LPF)などを含んでいる。さらに、本実施の形態の自動車102などの機器では、高周波帯域の騒音よりも低周波帯域の騒音が顕著となることが多い。このような要因により、図9Aと図9Bに示す特性曲線22、特性曲線23のように、参照信号x(i)は、周波数が高くなるにしたがってレベルが小さくなる。
図9Aに示すように、騒音N0が大きく、参照信号x(i)の信号レベルL(i)が大きい場合、高周波帯域においても騒音成分信号x(i)の成分が、参照信号ノイズx(i)のレベルよりも大きくなる。したがって、本実施の形態のように、広い周波数帯域の騒音を低減する能動騒音低減システム101は、高周波帯域の騒音成分信号x(i)も低減するように、ADF部5のフィルタ係数W(i)が更新される。したがって、参照信号x(i)の信号レベルL(i)が大きい場合、能動騒音低減システム101は、広い周波数帯域の騒音を良好に低減できる。
ところが、図9Bの特性曲線23に示されるように、騒音N0が小さくなると、参照信号x(i)の一部の帯域で騒音成分信号x(i)が、参照信号ノイズx(i)のレベルよりも小さくなることがある。この場合、キャンセル信号y(i)は、制御帯域内で、騒音成分信号x(i)よりも参照信号ノイズx(i)が大きい帯域に、参照信号ノイズx(i)に基づく成分を含んでいる。したがって、参照信号ノイズx(i)に基づく信号によって異音が生じる。
ここで、HPF120aのカットオフ周波数fHFは、参照信号x(i)の信号レベルL(i)が、あるレベルよりも小さくなった場合に、カットオフ周波数fHF以上の周波数において、参照信号ノイズx(i)が、騒音成分信号x(i)よりも大きくなるような周波数としている。したがって高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)は、参照信号ノイズx(i)の信号レベルL(i)と同じとなる。その結果、ノイズレベル検出器120bは、高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)を参照信号ノイズx(i)として検知できる。そして、レベル検出部120は、検知した高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)の値を制御ブロック128へと出力する。
したがって制御ブロック128は、高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)が参照信号ノイズx(i)の信号レベルL(i)よりも小さい場合に、参照信号x(i)のレベルが小さいと判定する。そこで、参照信号ノイズx(i)の信号レベルL(i)のばらつきなどを考慮して、制御ブロック128で参照信号x(i)が小さいと判定するための閾値をあらかじめ設定しておく。そして制御ブロック128は、信号レベルLHF(i)があらかじめ定めた閾値より小さいか否かを判定する。以上のような構成によって、制御ブロック128は、信号レベルLHF(i)があらかじめ定められた閾値以下であることを検知した場合に、参照信号x(i)のレベルが小さいと判定できる。なお、HPF120aのカットオフ周波数fHFは固定としたが、たとえば参照信号x(i)の信号レベルL(i)の大きさによって変化させても良い。
また、本実施の形態のHPF120a、ノイズレベル検出器120bは、ともに信号処理装置内に構成している。しかし、レベル検出部120のすべて、または一部は、信号処理装置外に構成してもよい。あるいは、レベル検出部120のすべて、または一部を参照信号源1あるいは参照信号入力端子41などに包含させてもよい。
たとえばHPF120aを参照信号源1に包含させた場合、参照信号源1は、参照信号x(i)と高周波成分信号xHF(i)を能動騒音低減装置4へ出力する。この場合、高周波成分信号xHF(i)をノイズレベル検出器120bへ供給するために、高周波成分信号xHF(i)を入力する端子が能動騒音低減装置4に設けられる。なおHPF120aは、オペアンプやコンデンサなどを用いてアナログフィルタで構成できる。
あるいは、HPF120a、ノイズレベル検出器120bのすべてを参照信号源1に包含させた場合、参照信号源1は参照信号x(i)と信号レベルL(i)と信号レベルLHF(i)を能動騒音低減装置4へ出力する。この場合、信号レベルL(i)と信号レベルLHF(i)を制御ブロック128へ供給するために、信号レベルを入力する端子が能動騒音低減装置4に設けられる。
以上のように構成することによって制御ブロック128は、高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)を用いて、参照信号x(i)の信号レベルL(i)を判定するので、より正確に異音が発生する状態を判定できる。
この場合、図5に示す信号レベル検知ステップ505bでは、カットオフ周波数fHFのHPFまたはBPFによって、参照信号x(i)から周波数fHF以上の高周波成分信号xHF(i)を抽出する。さらに、信号レベル検知ステップ505bでは、抽出した高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)を検出する。
判定ステップ505cでは、高周波成分信号xHF(i)の信号レベルLHF(i)を、参照信号ノイズx(i)の信号レベルL(i)に相当する閾値と比較する。このようにすることによって、参照信号ノイズx(i)と騒音成分信号x(i)のどちらが大きいかを検知できる。そして、信号レベル判定ステップ505cでは、信号レベルLHF(i)をあらかじめ定めた閾値と比較し、信号レベルLHF(i)が閾値よりも小さいと判定した場合に、参照信号x(i)の信号レベルL(i)が小さいと判定している。
次に、実施の形態1の第4の例のキャンセル信号生成ブロック135について説明する。図2において、第4の例のキャンセル信号生成ブロック135は、ADF部5と調整部139を含む。本例における調整部139は、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128から出力された制御信号が入力され、この制御信号に基づき、キャンセル信号y(i)の出力を停止する。なおこの場合、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128は信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、キャンセル信号y(n)の出力を停止する旨の制御信号を調整部139へ出力している。
たとえば調整部139は、ADF部5と出力端子42の間に設けられるスイッチなどによって構成することもできる。そのスイッチは、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128の出力に基づいてオン・オフされる。その結果、調整部139はキャンセル信号y(i)が出力端子42に出力されることを阻止できる。
なお調整部139は、キャンセル信号生成ブロック135外に別途設けてもよい。たとえば調整部139は、キャンセル信号生成ブロック135と出力端子42の間に設けてもよい。あるいは調整部139は、出力端子42に包含してもよい。さらに調整部139は、たとえば出力端子42とキャンセル音源2の間などのように、能動騒音低減装置4の外部へ設けてもよい。
また調整部139は、ADF部5と参照信号入力端子41の間に設けても良い。この場合、調整部139は、ADF部5へ参照信号x(i)が入力されることを停止する。このように構成することにより、調整部139がキャンセル信号y(i)の出力を停止する場合の構成と同じ効果が得られる。なおこの場合に、調整部139は、例えばキャンセル信号生成ブロック135と参照信号入力端子41の間に設けてもよい。あるいは調整部139は、参照信号入力端子41や参照信号源1のいずれかに包含されていても良い。
次に、実施の形態1の第5の例のキャンセル信号生成ブロック145について説明する。図2において、第5の例のキャンセル信号生成ブロック145は、ADF部5と調整部149を含む。本例における調整部149はLPFを含み、たとえばADF部5と出力端子42の間に設けられる。なお、調整部149は、たとえばディジタルフィルタなどによって構成できる。制御ブロック8、あるいは制御ブロック128から出力された制御信号は、調整部149へ入力される。調整部149は、この制御信号に基づきキャンセル信号y(i)のレベルを調整する。
本例の制御ブロック8、あるいは制御ブロック128は、信号レベルL(n)が小さいと判断した場合、キャンセル信号y(n)の出力を調整する旨の制御信号を調整部149へ出力する。調整部149は、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128から出力された制御信号に応じてLPFのカットオフ周波数fLF(n)を変更する。
調整部149は、通常時すなわち信号レベルL(i)が大きい場合、騒音を低減する制御帯域の上限よりもカットオフ周波数fLF(i)を高く設定している。そして、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128が、信号レベルL(i)を小さいと判定した場合、調整部149はカットオフ周波数fLF(i)を低くする。この場合、カットオフ周波数fLF(i)は、たとえばHPF120aのカットオフ周波数fHF(i)以下とする。
また調整部149が、信号レベルL(i)の大きさに対応させてカットオフ周波数fLF(i)を変更する構成としてもよい。たとえば信号レベルL(n)が大きい場合、カットオフ周波数fLF(n)は制御帯域の上限の周波数に設定しておく。そして調整部149は、カットオフ周波数fLF(n)にレベル調整係数α(n)を乗じることによって、現時点のカットオフ周波数fLF(n)を算出してもよい。
この場合、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128は、調整部149に対してレベル調整係数α(n)を出力する。そして制御ブロック8、あるいは制御ブロック128が、信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、レベル調整係数α(n)を1とする。一方、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128が、信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、レベル調整係数α(n)を0≦α(n)<1の範囲に調整する。
以上のような構成にすることにより、LPFのカットオフ周波数fLF(i)は、参照信号ノイズx(i)が騒音成分信号x(i)よりも大きくなっている周波数帯域の下限周波数f(i)以下の周波数に設定することができる。この構成により、信号レベルL(i)が小さい場合でも、参照信号ノイズx(i)のうちの下限周波数f(i)以上の周波数の信号は、減衰される。したがって、キャンセル音N1に含まれ、かつ参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音のレベルを小さくしながら、良好に騒音N0を低減できる能動騒音低減装置4を提供できる。
なお調整部149は、キャンセル信号生成ブロック145、あるいは能動騒音低減装置4の外に設けてもよい。たとえば調整部149は、キャンセル信号生成ブロック145と出力端子42の間に設けても良い。さらに調整部149は、出力端子42とキャンセル音源2のいずれかに包含されていても良い。
また調整部149は、ADF部5と参照信号入力端子41の間に設けても良い。この場合、参照信号x(i)が調整部149へ入力され、調整部149は入力された参照信号x(i)をLPFを介してADF部5に出力する。これによりキャンセル信号y(i)の生成に用いられる参照信号x(i)に含まれる参照信号ノイズx(i)が低減される。したがってこのような構成とすることにより、本例は調整部149をADF部5の後に設けた場合と同様の効果が得られる。なおLPFは、オペアンプや抵抗器などによる構成されたアナログフィルタを用いてもよい。
さらに調整部149は、LMS演算部7によって更新されたフィルタ係数W(i)にディジタルフィルタで構成されるLPFを畳み込む構成としても同様の効果が得られる。
本例のキャンセル信号生成ステップ547について説明する。図10Aは、本例のキャンセル信号生成ステップ547のフローチャートである。図10Aに示すようにキャンセル信号生成ステップ547は、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bとカットオフ周波数決定ステップ547cと調整ステップ547dを含む。なお本例のキャンセル信号生成ステップ547は、図4におけるキャンセル信号生成ステップ507に置き換えることができる。
適応フィルタステップ507bでは、LPFによって参照信号x(i)からカットオフ周波数fLF(i)以上の成分を低減した信号に基づいてフィルタ係数を演算する場合、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bの間に、調整ステップ547dが設けられる。またLPFが、入力ステップ507aで読み出したフィルタ係数W(n)の周波数特性を変化させて、適応フィルタステップ507bへ出力する場合も、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bの間に、調整ステップ547dが設けられる。さらにLPFが、キャンセル信号y(i)からカットオフ周波数fLF(i)以上の成分を低減して出力端子42へ出力する場合、適応フィルタステップ507bの後に調整ステップ547dが設けられる。
入力ステップ507aでは、参照信号x(n)とレベル調整係数α(n)を入力し、参照信号X(n)を生成する。さらにフィルタ係数W(n)を記憶部11から読み込む。そして適応フィルタステップ507bでは、読み出されたフィルタ係数W(n)を用い、(数4)に示したように、参照信号X(n)に基づいてキャンセル信号y(n)を生成し、出力する。
カットオフ周波数fLF(i)を変化させる場合、キャンセル信号生成ステップ547はカットオフ周波数決定ステップ547cを含む。カットオフ周波数決定ステップ547cでは、制御ステップ505の制御出力に応じて、調整ステップ547dで用いるカットオフ周波数fLF(i)を決定する。なお、カットオフ周波数決定ステップ547cは、入力ステップ507a以降であり、かつ調整ステップ547d以前に設ければ良い。たとえば制御ステップ505で信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、カットオフ周波数決定ステップ547cでは、あらかじめ定められた制御帯域以上の周波数を記憶部11から読み出してカットオフ周波数fLF(n)に設定する。一方、制御ステップ505で信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、カットオフ周波数決定ステップ547cでは、記憶部11から低い周波数を読み出してカットオフ周波数fLF(n)に設定する。あるいは、カットオフ周波数決定ステップ547cでは、たとえば制御帯域の上限に規定した周波数にレベル調整係数α(n)を乗じてカットオフ周波数fLF(n)を算出してもよい。
図11は実施の形態1における第6の例のキャンセル信号生成ブロック155における調整部159のブロック図である。第6の例のキャンセル信号生成ブロック155には、ADF部5と調整部159を含む。
本例における調整部159は制御ブロック8、あるいは制御ブロック128から出力された制御信号が入力され、この制御信号に基づき、キャンセル信号y(i)の出力を調整する。そのために調整部159は、処理選択部159aとLPF159bを含む。
たとえば調整部159は、ADF部5と出力端子42の間に設ける。この場合、処理選択部159aは、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、ADF部5から出力されたキャンセル信号y(n)をLPF159bへ供給する。したがって、キャンセル信号y(n)はLPF159bを介して出力端子42へと出力される。なお処理選択部159aは、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)が大きいと判定した場合、ADF部5から出力されたキャンセル信号y(n)をそのまま出力端子42へ供給する。
以上のように処理選択部159aは、ADF部5の出力信号とLPF159bの出力信号のいずれかを選択して出力端子42へ供給する。なお、LPF159bのカットオフ周波数fLFはレベル検出部120におけるHPF120aのカットオフ周波数fHF以下とする。この場合、制御ブロック8、あるいは制御ブロック128が信号レベルL(i)を小さいと判定した場合、制御ブロック8あるいは制御ブロック128はADF部5とLPF159bのうちLPF159bの出力信号を選択する旨の制御信号を調整部159へ出力している。
調整部159のすべてまたはその一部は、信号処理装置の中、かつキャンセル信号生成ブロック155の外に設けてもよい。たとえば、調整部159のすべてまたはその一部は、キャンセル信号生成ブロック155と出力端子42の間に設けてもよい。あるいは、調整部159のすべてまたはその一部は、出力端子42に包含させることもできる。さらに、調整部159のすべてまたはその一部は、信号処理装置の外に設けても良く、たとえば、キャンセル音源2に包含させることもできる。
また調整部159は、ADF部5と参照信号入力端子41の間に設けた構成としても良い。この場合、処理選択部159aは、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、調整部159は参照信号x(n)をそのままADF部5へ供給する。すなわち、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、処理選択部159aは参照信号x(n)をLPF159bへ供給するように選択する。この構成により参照信号x(n)は、LPF159bを介してADF部5に出力される。すなわち処理選択部159aは、参照信号x(n)を参照信号入力端子41からADF部5に直接入力するのか、それともLPF159bを介してADF部5へ入力するのかを選択する。
以上のような構成とすることにより、参照信号x(i)は、LPF159bのカットオフ周波数fLF以上の信号が減衰される。その結果、騒音N0が小さい場合に、キャンセル音N1に含まれてかつ参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音のレベルを小さくすることができる。さらに、本例の能動騒音低減装置4は、カットオフ周波数fLF以下の帯域で通常のキャンセル音N1が出力されるので、良好な騒音低減効果が得られ続ける。
なお、LPF159bのカットオフ周波数fLFは固定としたが、本例はこれに限定されない。LPF159bのカットオフ周波数fLF(i)は、たとえば参照信号x(i)の信号レベルL(i)の大きさによって変化するようにしても良い。この場合LPF159bは、参照信号ノイズx(i)が騒音成分信号x(i)を上回っている帯域のみのキャンセル信号y(i)の信号レベルが、小さくなるように調整できる。したがって本例の能動騒音低減装置4は、参照信号x(i)の信号レベルL(i)の大きさに対応して、適した帯域の騒音を効果的に低減できる。
また本例の処理選択部159aは、たとえば切り替えスイッチによって構成しても良い。この場合、処理選択部159aは、制御ブロック8あるいは制御ブロック128の判定結果に基づいて切り替えられる。また処理選択部159aは、LPF159bの入力側と出力側の双方に設けられているが、これは少なくともいずれか一方であってもかまわない。
本例のキャンセル信号生成ステップ557について、図10Bを用いて説明する。なおキャンセル信号生成ステップ557は、図4におけるキャンセル信号生成ステップ507に置き換えることができる。図10Bにおいて、キャンセル信号生成ステップ557は、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bを含み、加えて処理選択ステップ557cと調整ステップ557dを含んでもよい。
LPFが、キャンセル信号y(n)からカットオフ周波数fLF以上の成分を低減して、出力端子42へ出力する構成である場合、調整ステップ557dは適応フィルタステップ507bの後に設けられる。そして調整ステップ557dでは、LPFによってキャンセル信号y(n)からカットオフ周波数fLF以上の成分を低減して得られた信号が出力端子42に出力される。
この場合、処理選択ステップ557cは、適応フィルタステップ507bで算出されたキャンセル信号y(n)を直接に出力端子42へ出力するか、調整ステップ557dを介して出力端子42へ出力するかを切り替える。
また適応フィルタステップ507bで、LPFによって参照信号x(i)からカットオフ周波数fLF以上の成分を低減した信号が用られる場合、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bの間に調整ステップ557dが設けられる。そして調整ステップ557dでは、LPFによって参照信号x(i)からカットオフ周波数fLF以上の成分を低減して得られた信号が適応フィルタステップ507bへ出力される。
この場合、処理選択ステップ557cは、制御ステップ505の判断結果によって、適応フィルタステップ507bで参照信号入力端子41から直接出力される参照信号x(i)を用いるか、調整ステップ557dで出力される参照信号x(i)を用いるか切り替えを行う。
なお、適応フィルタステップ507bの後で、さらにLPFによってキャンセル信号y(i)からカットオフ周波数fLF以上の成分を低減しても良い。このような構成である場合に、制御ステップ505では、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、適応フィルタステップ507bの前後の調整ステップ557dのうちで少なくともいずれか一方を実行するように判断する。なお処理選択ステップ557cは、入力ステップ507aの後であり、かつ調整ステップ557dの前に設けられる。
またキャンセル信号生成ステップ557は、入力ステップ507aと調整ステップ557dとの間に設けられたカットオフ周波数決定ステップをさらに含んでもよい。この場合、カットオフ周波数決定ステップでは、制御ステップ505の制御信号に応じてLPFのカットオフ周波数fLF(i)を決定する。
図12は、本実施の形態における第7の例のキャンセル信号生成ブロック165のブロック図である。図2、図12に示す第7の例のキャンセル信号生成ブロック165は、ADF部5と調整部169を含む。調整部169は、HPF169a、補正信号生成部169bと、合成部169cを含む。
HPF169aは、参照信号x(i)が入力され、現時点からγHFステップ前までの参照信号x(n),・・・,x(n−γHF)のうちの周波数fHF以上の成分である高周波成分信号xHF(n)を出力する。なお、キャンセル信号生成ブロック165が制御ブロック128と併せて構成されている場合、制御ブロック128から高周波成分信号xHF(i)を補正信号生成部169bへ供給することにより、HPF169aを省略できる。
補正信号生成部169bは、高周波成分信号xHF(i)が入力され、(数14)に示すようにして、補正信号z(n)を生成する。
Figure 2014115533
合成部169cは、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)のレベルを小さいと判定した場合、ADF部5によって生成されたキャンセル信号y(n)と補正信号z(n)を加算して得られた信号を出力端子42へ出力する。
合成部169cが、キャンセル信号y(i)と補正信号z(i)を加算する機能のみを有する構成において、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(i)を大きいと判定した場合、補正信号生成部169bは0を出力する。
なお合成部169cは、スイッチと加算器を有する構成としても良い。この場合、補正信号z(i)はスイッチを介して加算器へ入力される。そして、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、合成部169cのスイッチをオフにする。その結果、加算器への補正信号z(n)の供給が停止される。
さらに合成部169cは、(数15)に示すように、レベル調整係数α(i)を用いてキャンセル信号y(i)と補正信号z(i)を加算する構成とすることもできる。この場合、調整部169にはレベル調整係数α(i)も入力される。なお、制御ブロック8あるいは制御ブロック128は信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、α(n)=0を出力する。制御ブロック8あるいは制御ブロック128は信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、α(n)=1を出力する。
Figure 2014115533
以上のように、キャンセル信号y(i)と補正信号z(i)を合成することにより、騒音N0が小さい場合に,キャンセル信号y(i)に含まれる高周波成分信号xHF(i)に基づく成分を打ち消すことができる。したがって、キャンセル音N1に含まれる参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音のレベルを小さくすることができる。
補正信号z(i)は、キャンセル信号y(i)に対して位相のずれが生じる。この位相のずれは、HPF169aあるいはHPF120aに起因する。この位相ずれに対処するために、調整部169は位相調整部169dを含む構成としても良い。位相調整部169dはキャンセル信号y(i)と補正信号z(i)の位相のずれを補正する。そのために、たとえば位相調整部169dは、ADF部5と合成部169cの間に設けられる。このような構成とすることにより、より精度よく参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音のレベルを小さくすることができる。
図13は、実施の形態1における第7の例のキャンセル信号生成ブロック165の制御フローチャートである。図13に示すように、本例のキャンセル信号生成ステップ567は、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bを含む。なおキャンセル信号生成ステップ567は、図4におけるキャンセル信号生成ステップ507と置き換えることができる。
キャンセル信号生成ステップ567は、さらに補正信号生成ステップ567cと合成ステップ567dを含む。この場合、合成ステップ567dは、適応フィルタステップ507bの後に設けられる。補正信号生成ステップ567cでは、カットオフ周波数fHFを有するHPFまたはBPFによって参照信号x(i)から周波数fHF以上の高周波成分信号xHF(i)を抽出する。そのために、補正信号生成ステップ567cは、入力ステップ507aと合成ステップ567dの間に設けられる。なお、制御ステップ505で高周波成分信号xHF(i)が抽出されている場合、入力ステップ507aでは高周波成分信号xHF(i)を読み込んでもよい。補正信号生成ステップ567cでは(数14)によって補正信号z(n)を生成する。
制御ステップ505で信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、合成ステップ567dではキャンセル信号y(n)に補正信号z(n)を加算する。合成ステップ567dでは、たとえば(数15)に示すようにレベル調整係数α(n)を用いてキャンセル信号y(n)と補正信号z(n)を加算する。この場合、制御ステップ505では、信号レベルL(n)が大きいと判定した場合、α(n)=0を出力する。また制御ステップ505は、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合にα(n)=1を出力する。
加えて、補正信号生成ステップ567cではキャンセル信号y(i)の位相を調整しても良い。この場合、補正信号生成ステップ567cでは、適応フィルタステップ507bで算出されたキャンセル信号y(i)も入力される。そして補正信号生成ステップ567cでは、キャンセル信号y(i)と補正信号z(i)の位相のずれを補正する。その結果、合成ステップ567dでは、補正信号z(i)と位相を合わせたキャンセル信号y(i)が入力される。
図14は、本実施の形態における第8の例のキャンセル信号生成ブロック175のブロック図である。図2、図14に示す第8の例のキャンセル信号生成ブロック175はADF部5と調整部179を含む。調整部179はHPF179aと合成部179cを含む。なお、キャンセル信号生成ブロック175が制御ブロック128と併せて構成される場合、制御ブロック128から高周波成分信号xHF(i)を出力し、調整部179へ入力しても良い。この場合、HPF179aを省略することもできる。
制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、合成部179cは高周波成分信号xHF(n)の位相を反転し、高周波成分信号(−xHF(n))を生成する。さらに合成部179cは、参照信号x(n)と高周波成分信号(−xHF(n))を加算する。
なお合成部179cはスイッチと加算器を有する構成としても良い。そして、参照信号x(i)とスイッチを介した高周波成分信号xHF(i)が加算器へ入力される構成としてもよい。この場合、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、合成部179cはスイッチをオフにして、加算器への高周波成分信号xHF(n)の供給を停止する。
また、合成部179cは、(数16)に示すように、レベル調整係数α(n)を用いて参照信号x(n)と高周波成分信号xHF(n)を加算することもできる。この場合、制御ブロック8あるいは制御ブロック128はレベル調整係数α(n)を調整部179へも供給する。なお、制御ブロック8あるいは制御ブロック128は信号レベルL(n)が大きいと判定した場合、α(n)=0を出力する。制御ブロック8あるいは制御ブロック128は信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、α(n)=−1を出力する。
Figure 2014115533
以上のように、合成部179cが参照信号x(i)と高周波成分信号(−xHF(i))を合成することにより、騒音N0が小さい場合に,参照信号x(i)に含まれる高周波成分信号xHF(i)に基づく成分を打ち消すことができる。したがって、キャンセル音N1に含まれる参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音のレベルを小さくすることができる。
加えて、調整部179は位相調整部179dを含んでも良い。この場合、位相調整部179dは、たとえば参照信号入力端子41とADF部5との間に設けられる。位相調整部179dは参照信号x(i)と高周波成分信号xHF(i)の位相ずれを補正する。この構成により、より精度よく参照信号ノイズx(i)に起因するノイズ音のレベルを小さくすることができる。
図13に示す本例のキャンセル信号生成ステップ577は、入力ステップ507aと適応フィルタステップ507bを含む。なおキャンセル信号生成ステップ577は、図4におけるキャンセル信号生成ステップ507と置き換えることができる。
キャンセル信号生成ステップ577は、さらに補正信号生成ステップ577cと合成ステップ577dを含む。補正信号生成ステップ577cでは、カットオフ周波数fHFのHPFまたはBPFによって参照信号x(i)から周波数fHF以上の高周波成分信号xHF(i)を抽出する。そのために、補正信号生成ステップ577cは、入力ステップ507aと合成ステップ577dの間に設けられる。なお、制御ステップ505でて高周波成分信号xHF(i)が抽出されている場合、入力ステップ507aでこれを読み込んでもよい。
制御ステップ505で信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、合成ステップ577dでは参照信号x(n)から高周波成分信号xHF(n)を減算する。そのために合成ステップ577dでは、たとえば(数16)に示すようにして、レベル調整係数α(n)を用いて参照信号x(n)と高周波成分信号xHF(n)を加算する。なおこの場合、制御ステップ505で信号レベルL(n)が大きいと判定した場合、α(n)=0を出力する。制御ステップ505では、信号レベルL(n)が小さいと判定した場合、α(n)=−1を出力する。
加えて補正信号生成ステップ577cでは、参照信号x(n)の位相を調整しても良い。この場合、補正信号生成ステップ577cでは、参照信号x(n)と高周波成分信号xHF(n)の位相のずれを補正する。その結果、高周波成分信号xHF(n)と位相を合わせた参照信号x(n)が、合成ステップ577dへ入力される。
実施の形態1における各例ではキャンセル信号y(i)、参照信号x(i)、あるいはフィルタ係数W(i)を補正している。したがって、図2に示すChat部6で用いる模擬音響伝達特性データC^は、事前に設定した値から変化してしまう。
そこで本実施の形態1のChat部6は、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、各例のキャンセル信号生成ブロック等で行われる補正に対応させて、模擬音響伝達特性データC^も補正する構成としてもよい。このような構成とすることにより、騒音低減効果の低下やフィルタ係数W(i)の発散などを抑制できる。その結果、キャンセル音N1が補正された場合にも、正しい信号経路の特性を模擬した模擬音響伝達特性データC^を使用できる。したがって、より精度よく騒音N0を低減できる能動騒音低減装置4を提供できる。
(実施の形態2)
図15は本発明の実施の形態2における能動騒音低減装置204を用いた能動騒音低減システム201のブロック図である。図16は実施の形態2における能動騒音低減装置204を用いた移動体機器の概略図である。図17は実施の形態2における能動騒音低減装置204の記憶部11内に格納された対応テーブル211を示す図である。なお図15、図16において、図1や図2と同じものには同じ参照符号を付す。
本実施の形態における能動騒音低減システム201の制御ブロック208は、参照信号x(i)以外の騒音N0と関連する機器情報sθ(i)を1個以上検知する。そして、能動騒音低減システム201は、機器情報sθ(i)の変化に対応して変化する騒音N0を低減する。なお添え字θは、機器情報の数を表している。
能動騒音低減システム201は機器情報源212を含む。機器情報源212は騒音N0と関連する機器情報sθ(i)を出力する。たとえば機器情報源212は、自動車202の動作状態を検知する各種検知器や、能動騒音低減システム201を操作する操作者が機器情報sθ(i)を直接入力する入力器などを含んでも良い。そして、機器情報源212は能動騒音低減装置204の機器情報入力端子44と接続され、検出した機器情報sθ(i)を制御ブロック208へと供給する。さらに本実施の形態のレベル検出部10の出力は制御ブロック208へ供給されており、制御ブロック208は参照信号x(i)の信号レベルL(i)を検知することができる。
自動車202のような移動体において、騒音N0と関連を有する機器情報sθ(i)には種々の情報がある。たとえば走行状態に関連した情報、タイヤに関連した情報、道路に関する情報、自動車202の状態に関する情報や、環境に関する情報などが挙げられる。
走行状態に関連した情報としては、たとえば自動車の速度、加速度や、エンジン回転数などがある。タイヤに関連した情報としては、たとえばタイヤの空気圧、タイヤの材質、タイヤのトレッドパターン、タイヤ溝深さ、タイヤの扁平率や、タイヤ温度などがある。道路に関する情報としては、たとえば路面状態(凸凹の度合い、あるいは乾燥状態・濡れ状態・積雪状態・凍結状態、もしくは路面摩擦抵抗値)や、道路の表面温度などがある。また、自動車202の状態の情報としては、たとえば重量(自動車202自身の重量、乗車者の人数による重量、積載物の重量、ガソリンによる重量なども含む)や窓の開閉度合いや、サスペンションの硬さなどがある。さらに、環境に関する情報としては、たとえば天候や気温などがある。
また、自動車202で踏み切りを通過するときに、線路などの段差上を通過することによる騒音N0が発生する。また、トンネルの中などにおいて、タイヤなどで発生した騒音が、トンネル壁面で反射し、反射音として空間S1内へ入り込むこともある。そこで、上記以外に、自動車202に搭載されたカーナビやスマートホンを機器情報源212として用いても良い。この場合、これらの機器より、踏み切りやトンネルなどに近づいたという情報、あるいは通過中であるという情報を機器情報sθ(i)として入手することも可能である。
また、タイヤのトレッドパターンや、扁平率や、サスペンションの弾性などによっても騒音N0は変化する。たとえば、タイヤやサスペンションを交換した場合、タイヤやサスペンションの交換前に比べて、騒音N0の特性は変化する。ところが、これらのような情報を自動車202に取り付けられた検知器によって検知することは困難である。そこでこのような機器情報sθ(i)は、操作者が入力器を操作して、機器情報sθ(i)を能動騒音低減装置204へ直接入力する。
図17に示す対応テーブル211は、記憶部11に格納されている。対応テーブル211は、機器情報sθ(i)に対応して、あらかじめ定められた複数の機器情報データSdθ(lθ)が記憶されている。そして制御ブロック208は、各機器情報sθ(i)に基づいた機器情報データSdθ(j,i)として、対応テーブル211から1つ以上の機器情報データSdθ(lθ)を選択する。なお,機器情報の種類を示す数θごとに選択する機器情報データの数jは異なってもよい。
本実施の形態におけるLMS演算部207は、2個以上のフィルタ係数W(n+1)と、2個以上のフィルタ係数データWD(n)を生成し、記憶部11へ格納する。なお本実施の形態のLMS演算部207は、3個のフィルタ係数W(n+1)、(j=0,1,2)と、フィルタ係数データWD(n)を生成する。
現時点のフィルタ係数W(n)は、(数17)に示すように、それぞれN個のフィルタ係数w(k,n)、(k=0,1,…,N−1)によるN行1列のベクトル行列として表される。
Figure 2014115533
またフィルタ係数データWD(n)は、(数18)に示すように、N個のフィルタ係数wd(k,n)によって表される。
Figure 2014115533
LMS演算部207は、(数19)に示すように、現時点での誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμおよびフィルタ係数データWD(n)を用いて、次回におけるフィルタ係数W(n+1)を算出する。
Figure 2014115533
さらに、現時点での誤差信号e(n)と濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμとフィルタ係数データWD(n)に加え、制御ブロック208で生成される補正値b(n)を用いて、(数20)に示すように、次回におけるフィルタ係数データWD(n+1)を算出する。
Figure 2014115533
キャンセル信号生成ブロック205は、ADF部5と調整部209を含む。現時点のフィルタ係数W(n)と寄与割合a(n)とレベル調整係数α(n)は、調整部209へ入力される。現時点のフィルタ係数W(n)は、LMS演算部207で前回に算出される。寄与割合a(n)は、制御ブロック208で算出される。なお本実施の形態では、選択する第1機器情報データSd(j,i)、フィルタ係数W(i)、寄与割合a(i)、補正値b(i)の数は同数である。ここではこれらの数はすべて、3個としている(j=0,1,2)がこれに限らない。そして調整部209は、(数21)に示すように、フィルタ係数W(n)を寄与割合a(n)に基づいて加算(合成)して、今回のステップにおいてADF部5で用いるフィルタ係数W(n)を算出する。
Figure 2014115533
なお、(数21)で示すように、寄与割合a(n)の合計は1である。また、LMS演算部207に入力される補正値b(n)の値と、調整部に入力される寄与割合a(n)の値は等しくしている。その結果、(n−1)番目のステップのキャンセル信号y(n−1)から、n番目のステップのキャンセル信号y(n)までの間でのトータルのステップサイズパラメータの値はステップサイズパラメータμとなる。したがって、補正値b(i)あるいは寄与割合a(i)の値によらず、ステップサイズパラメータμの値は一定とできるので、安定した適応制御が可能となる。
本例の調整部209は、演算(乗算と加算)によってフィルタ係数W(i)を得た。しかし、調整部209はこれに限らない。たとえば調整部209は、乗算の代わりとして、フィルタ係数W(i)を寄与割合a(i)とレベル調整係数α(i)に応じて増幅する可変利得増幅器を用いても良い。この場合、可変利得増幅器の増幅度は、寄与割合a(i)とレベル調整係数α(i)を掛け算した値と等しくなるように調整される。また加算の代わりとして、フィルタ係数W(i)を合成する合成部を用いても良い。
制御ブロック208は、対応テーブル211内の対応テーブルシート211cの中から、機器情報sθ(i)に対応する2個以上の機器情報データSdθ(j,i)を選択する。さらに制御ブロック208は、この選択された2個以上の機器情報データSdθ(j,i)と、機器情報sθ(i)に基づいて、キャンセル信号y(i)における2個のフィルタ係数W(i)の寄与割合a(i)を生成し、調整部209へ出力する。
以上の構成によりLMS演算部207は、フィルタ係数データWD(n)に基づいて、次回のフィルタ係数W(n+1)を生成する。調整部209はフィルタ係数W(n+1)に基づいてフィルタ係数W(n+1)を算出する。今回のフィルタ係数W(n)が調整部209へ入力されることにより、調整部209は寄与割合a(n)に基づいてキャンセル信号y(n)における今回のフィルタ係数W(n)の寄与度を調整する。
したがってADF部5では、LMS演算部207で算出されたフィルタ係数W(i)が、制御ブロック208で算出された寄与割合a(i)や補正値b(i)に応じたフィルタ係数W(i)へと更新される。なおこの更新は、サンプリング周期Tごとに行われている。すなわちキャンセル信号生成ブロック205は寄与割合a(i)に基づいてフィルタ係数W(i)を算出する。その結果、キャンセル信号生成ブロック205は、調整部209によって調整された寄与度に基づいてキャンセル信号y(i)を出力する。
このような構成によってフィルタ係数W(i)は、フィルタ係数W(i)と寄与割合a(i)に基づいて決定される。すなわちキャンセル信号生成ブロック205は、(数22)に示すように、寄与割合a(i)に応じて調整されたフィルタ係数W(i)によって、キャンセル信号y(i)を出力する。
Figure 2014115533
その結果、キャンセル信号y(i)におけるフィルタ係数W(i)の寄与度が寄与割合a(i)によって調整された状態でADF部5は適応制御を継続できる。したがってキャンセル信号生成ブロック205は、誤差信号源3の位置において騒音N0を打ち消すための適切なキャンセル信号y(i)を生成できる。そして、キャンセル音源2が、キャンセル信号y(i)に対応するキャンセル音N1を空間S1へ放出することにより、空間S1内で騒音N0を低減することができる。
以上の構成により、キャンセル信号生成ブロック205は、機器情報sθ(i)と選択された2個以上の機器情報データSdθ(j,i)に基づいて決定された寄与割合a(i)を用いて、キャンセル信号y(i)におけるフィルタ係数W(i)の寄与度を調整する。したがって、機器情報sθ(i)が変化した場合にも、騒音N0を良好に低減できる能動騒音低減装置204を得ることができる。なお、選択する機器情報データSdθ(j,i)、フィルタ係数W(i)、寄与割合a(i)の個数は同数としているが、それぞれ異なっても構わない。
また機器情報sθ(i)が変化した場合、制御ブロック208が寄与割合a(i)を変化させることによって、キャンセル信号生成ブロック205は、キャンセル信号y(i)を素早く最適な値へと変化させることができる。その結果、キャンセル信号生成ブロック205はキャンセル信号y(i)を素早く最適な値へと変化させることができるので、誤差信号e(i)も素早く小さくなる。したがって、キャンセル信号生成ブロック205のフィルタ係数W(i)も素早く安定するので、素早く騒音N0を低減できる能動騒音低減装置204を得ることができる。
さらに制御ブロック208が、機器情報sθ(i)と選択された2個以上の機器情報データSdθ(j,i)に基づいて寄与割合a(i)を決定し、キャンセル信号生成ブロック205は、決定された寄与割合a(i)に応じてキャンセル信号y(i)を出力している。このような構成とすることにより、記憶部11内にあらかじめ多くの機器情報データSdθ(lθ)を準備する必要がない。したがって、記憶部11に記憶しておく機器情報データSdθ(lθ)の個数lθは、少なくできるので、記憶部11のメモリ容量は小さくできる。その結果、能動騒音低減装置204の小型化や、低価格化も実現できる。
自動車202においては、数多くの機器情報sθ(i)が存在する。ここでは、便宜上、3つの機器情報sθ(i)、(θ=1,2,3)を用いた場合の例について説明する。なお、第1機器情報s(i)は、機器情報sθ(i)の中で、最も騒音N0に対する影響度合いが大きいものを選択する。
対応テーブル211は、第3機器情報s(i)に対する第3機器情報データSd(l)に対応して、複数枚の対応テーブルシート211cを含む。これら複数枚の対応テーブルシート211cのそれぞれには、複数の機器情報sθ(i)のうちの第1機器情報s(i)に対応した第1機器情報データ群211aと、第2機器情報s(i)に対応した第2機器情報データ群211bとが記憶されている。
ここで、第1機器情報データ群211aは、複数個の第1機器情報データSd(l)を含んでいる。一方、第2機器情報データ群211bは、複数個の第2機器情報データSd(l)を含んでいる。したがってそれぞれの対応テーブルシート211cは、第1機器情報データ群211aと第2機器情報データ群211bのいずれか一方を縦軸とし、他方を横軸としたテーブルとなる。さらに、それぞれの対応テーブルシート211cは、第1機器情報データSd(l)と第2機器情報データSd(l)のそれぞれに対応させて、フィルタ係数の設定値Ws(l,l,l)を記憶している。このように本実施の形態の制御ブロック208は、対応テーブル211の中から、選択した第1機器情報データSd(l)と第2機器情報データSd(l)と第3機器情報データSd(l)に対応する設定値Ws(l,l,l)を読み出す。したがって、制御ブロック208は、設定値Wsを決定するための補正計算などが不要となるので、処理を早くすることができる。
以下、第1機器情報データ群211aが縦軸であり、第2機器情報データ群211bが横軸である対応テーブル211を用いた場合を例に説明する。なお、本実施の形態において縦軸は、第1機器情報データ群211aとしているが、第2機器情報データ群211bあるいは第3機器情報データ群としても良い。また、本実施の形態において横軸は、第2機器情報データ群211bとしているが、第1機器情報データ群211aあるいは第3機器情報データ群としても良い。さらに、本実施の形態においてシートごとに第3機器情報データを設定しているが、シートごとに第1機器情報データあるいは第2機器情報データを設定しても良い。
対応テーブル211の設定値Ws(o,o,o)は、第3機器情報データSd(l)に対応するo番目の対応テーブルシート211cに対応している。さらに、設定値Ws(o,o,o)は、o番目の対応テーブルシート211cの中で、第1機器情報データSd(o)と第2機器情報データSd(o)に対応している。なお、第1機器情報データSd(o)は、第1機器情報データ群211aのo番目のデータであり、第2機器情報データSd(o)は、第2機器情報データ群211bのo番目のデータである。
次に、制御ブロック208の動作についてさらに詳しく説明する。制御ブロック208は、対応テーブル211の中から、第3機器情報s(i)に対応する第3機器情報データSd(l)の対応テーブルシート211cを選択する。また、制御ブロック208は、選択された対応テーブルシート211cの中から、機器情報データSd123(l,l,l)に対応したフィルタ係数の設定値Ws(l,l,l)を選択する列として、第2機器情報s(i)に対応する第2機器情報データSd(l)の列を選択する。さらに、制御ブロック208は、第1機器情報データ群211aの中から、第1機器情報s(i)に対応する2個以上の第1機器情報データSd(l)を選択する。
たとえば、第1機器情報s(i)が、第1機器情報データSd(o)以上でありかつ第1機器情報データSd(o+p)未満であり、第2機器情報s(i)が第2機器情報データSd(o)であり、第3機器情報s(i)が第3機器情報データSd(o)である場合を例に説明する。なお、第1機器情報データSd(o+p)は第1機器情報データ群211aの(o+p)番目のデータである。
この場合、制御ブロック208は、第1機器情報データSd(o)と第1機器情報データSd(o+p)との2個を少なくとも選択する。そして制御ブロック208は、たとえば(数23)のようにして、寄与割合a(i)を算出する。すなわち寄与割合a(i)は、選択された2個以上の第1機器情報データSd(j,i)の中の任意の2個の第1機器情報データSd(j,i)と、第1機器情報s(i)によって算出される。
Figure 2014115533
本実施の形態では、制御ブロック208は、2個の第1機器情報データSd(j,i)によって、寄与割合a(i)を算出しているが、第2機器情報s(i)と2個の第2機器情報データSd(j,i)によって寄与割合a(i)を算出しても良い。あるいは、制御ブロック208は、第3機器情報s(i)と2個の第3機器情報データSd(j,i)によって寄与割合a(i)を算出しても良い。
なお制御ブロック208が、3個の第1機器情報データSd(j,i)を選択する場合、制御ブロック208は第1機器情報データSd(o+p+q)あるいは第1機器情報データSd(o−p)を選択する。そして制御ブロック208は、このフィルタ係数に対応しているフィルタ係数W(i)の寄与割合a(i)を0に設定する。すなわち本例の場合、制御ブロック208は、第1機器情報s(i)に対応した2個の機器情報データSd(j,i)以外の寄与割合a(i)を0に設定する。
なお、互いに隣りあう第1機器情報データSd(l)同士の間隔は、一定としている。また、互いに隣りあう第2機器情報データSd(l)同士、さらには互いに隣りあう第3機器情報データSd(l)同士の間隔も一定の間隔で設定されている。しかし、互いに隣りあう機器情報データ同士の間隔はこれに限らない。たとえば、互いに隣りあう機器情報データ同士の間隔は、騒音N0の特性などを考慮して、適宜変化するように設定しても良い。ただし、たとえば窓の開閉などのように,機器情報が状態の違いを表すような情報は、第1機器情報以外の機器情報に設定する。
次に、第2機器情報s(i)や第3機器情報s(i)が変化した場合の動作について説明する。第1機器情報s(n)が、図17に示す第1機器情報データSd(o)と第1機器情報データSd(o+p)の間である場合について説明する。図15に示す制御ブロック208は、第2機器情報s(n−1)が第2機器情報s(n)へ変化したことを検出した場合、今回のフィルタ係数データWD(n)を機器情報データSd123(o,l,l,n)に対応した設定値Ws(o,l,l)、または機器情報データSd123(o+p,l,l,n)に対応した設定値Ws(o+p,l,l)へと置き換える。
また、制御ブロック208は、第3機器情報s(n−1)が第3機器情報s(n)へ変化したことを検知した場合、今回のフィルタ係数データWD(n)を機器情報データSd123(o,l,l,n)に対応した設定値Ws(o,l,l)、または機器情報データSd123(o+p,l,l,n)に対応した設定値Ws(o+p,l,l)へと置き換える。
ただし本例では、フィルタ係数データWD(n)のうちで、現時点における寄与割合a(n)が小さい側のみを変更している。その結果、寄与割合a(n)が大きい側のフィルタ係数W(n)は適応制御が継続されるので、精度良く騒音N0を低減できる。
たとえば、寄与割合a(n)が0.3であり、寄与割合a(n)が0.7であり、第2機器情報s(i)が第2機器情報データSd(o)から第2機器情報データSd(o+p)へと変化した場合、今回のフィルタ係数データWD(n)を設定値Ws(o,o+p,o)へと書き換える。なお、寄与割合a(n)と寄与割合a(n)とが共に0.5である場合、過去の寄与割合の変化傾向によって、どちらのフィルタ係数を変更するか決定している。たとえば、寄与割合a(i)側が増加する傾向であれば、今回のフィルタ係数データWD(n)を設定値Ws(o,o+p,o)へと書き換える。
次に、第1機器情報s(i)がある第1機器情報データSd(j,n−1)を超えて(またいで)変化し、かつ第2機器情報s(i)あるいは第3機器情報s(i)も変化したことを検知した場合について2個のフィルタ係数W(i),W(i)を有する場合で説明する。ただし実施の形態1同様に、3個以上のフィルタ係数W(i)を有する場合を制限するものではない。このような場合、フィルタ係数W(i)を、複数の機器情報sθ(i)によって定められた設定値Ws(lθ)へと変更する。
たとえば、第1機器情報s(n)が第1機器情報データSd(o)を超えて(またいで)第1機器情報データSd(o)とSd(o+p)の間へと変化し、かつ第2の機器情報s(n)が第2機器情報データSd(o)から第2機器情報データSd(o+p)へと変化した場合、機器情報データSd123(o−p,o,o)に対応する今回のフィルタ係数データWD(n)を機器情報データSd123(o+p,o+p,o)に対応する設定値Ws(o+p,o+p,o)へと書き換える。その結果、機器情報データSd123(o,o,o)に対応するフィルタ係数W(n)は適応制御が継続されるので、精度良く騒音N0を低減できる構成としてもよい。
この場合、現時点からβ回目のステップ(n+β)では、機器情報データSd123(o,o+p,o)が選択され、少なくとも機器情報データSd123(o,o,o)に対応するフィルタ係数データWD(n)が設定値Ws(o,o+p,o)へと書き換えられる。
ただし、第2機器情報s(i)あるいは第3機器情報s(i)が非常に大きく変化したような場合、変化後の第2機器情報データSd(l)や第3機器情報データSd(l)が選択される。その結果、すべてのフィルタ係数データWD(n)は、変化後の2個の機器情報データSd123(j,l,l)に対応する変化後の2個の設定値Ws(j,l,l)へと書き換えられる。そのために制御ブロック208は、第2機器情報s(i)や第3機器情報s(i)の変化量を検出している。なお本例における制御ブロック208では、第2機器情報s(i)や第3機器情報s(i)の変化量が規定値より大きいと判定した場合に、第2機器情報s(i)あるいは第3機器情報s(i)が大きく変化したと判定している。
次に、変化後の第2機器情報s(i)(あるいは第3機器情報s(i))が、第2機器情報データSd(l)(あるいは、第3機器情報データSd(l))のいずれとも等しくない場合について、第2機器情報s(i)を例に説明する。第2機器情報s(i)が変化した場合、制御ブロック208は、変化後の補正値bθj(n)(θ=2)を記憶部11へ出力する。制御ブロック208は、変化前の第2機器情報s(n−1)から選択した第2機器情報データSd(l,n−1)と、変化後の第2機器情報s(n)から選択した第2機器情報データSd(l,n)および、第2機器情報s(n)に基づいて、補正値bθj(n)(θ=2)を決定している。そしてLMS演算部207では、算出された補正値bθj(n)によって、変化前の第2機器情報s(n−1)に対応した設定値Ws(l,l,l)あるいは変化後の第2機器情報s(i)に対応した設定値Ws(l,l,l)のいずれか一方を補正してフィルタ係数データWD(n)として出力する。ここでは、第2機器情報s(i)が変化した場合を例に説明したが、これに限定されず、第θ機器情報sθ(i)が変化した場合も、上記と同様な動作によって、フィルタ係数データWD(n)を生成する。
なお本実施の形態のLMS演算部207は、補正値bθj(n)による補正を行っている。しかし、これはキャンセル信号生成ブロック205の調整部209が、実行しても良い。さらに、制御ブロック208が、この補正を行うことも可能である。
補正値bθj(i)は、第θ機器情報データSdθ(lθ)に基づいてフィルタ係数データWD(i)や設定値Ws(lθ)を補正する補正値である。すなわち、フィルタ係数W(i)の個数は第1機器情報データSd(l)に関連する。したがって,それ以外の機器情報データSdθ(lθ)に基づく補正値bθ1(i)や補正値bθ2(i)は、同じ値とすることができる。
以上のような構成により、記憶部11に記憶させる第2機器情報データSd(l)や第3機器情報データSd(l)の個数、さらには設定値Ws(l)の数を少なくできる。したがって、メモリサイズが増加することを抑制できる。さらに、このように第2機器情報データSd(l)や第3機器情報データSd(l)の個数を少なくしても、第2機器情報s(i)や第3機器情報s(i)の変化に対して良好に騒音N0を低減できる。
なお対応テーブル211は、設定値Ws(l)に対する第θ機器情報データSdθと対応する補正値bθj(i)を記憶する構成としても良い。ただし設定値Ws(l)に対する補正値bθj(i)のテーブルは、第1機器情報データSd(l)以外の機器情報データSdθj(lθ)に対応する補正値bθj(l)を格納する。この場合、制御ブロック208は、変化後の第θ機器情報sθ(n)に対応する補正値bθj(n)を記憶部11から読み出す。そして、LMS演算部207は、設定値Ws(l)に補正値bθj(n)を乗じる。その結果、設定値Ws(l)は、補正値bθj(n)によって、変化後の第2機器情報s(n)あるいは第3機器情報s(n)に対応するように補正される。そして補正された設定値Ws(l)が、今回のフィルタ係数データWD(n)となる。
このような構成により、今回のフィルタ係数データWD(n)の算出は、簡単な演算によって算出できる。したがって、サンプリング周期Tを早くすることが可能となる。加えて、補正値bθj(lθ)を記憶させるだけでよいので、記憶部11の記憶領域の容量は小さくできる。
また本例のLMS演算部207は、設定値Ws(l)に補正値b2j(n)を乗じて今回のフィルタ係数データWD(n)を得ている。しかし、LMS演算部207は、補正値b2j(i)と補正値bθj(i)とによって設定値Ws(l)を補正し、フィルタ係数W(i)やフィルタ係数データWD(i)を得ても良い。この場合、たとえば設定値Ws(l)に補正値bθj(i)を乗じるか、あるいは加減算する。なお補正値b2j(i)は第1機器情報s(i)と第2機器情報s(i)とによって決定される。補正値bθj(i)は、第2機器情報s(i)と第3機器情報s(i)とによって、あるいは、第1機器情報s(i)と第3機器情報s(i)とによって決定される。
あるいは、他の例の対応テーブル211は、設定値Ws(l,l,l)の補正値b123(l,l,l)を記憶させておいても良い。すなわち、設定値Ws(l,l,l)の補正値b123(l,l,l)は、第1機器情報データSd(l)と第2機器情報データSd(l)と第3機器情報データSd(l)に対応する機器情報データSd123(l,l,l)として記憶される。この場合、対応テーブル211の基準となるシート(第3機器情報データSd(l))を決定し、この決定した基準となるシートの規準列(第2機器情報データSd(l))を決定しておく。なお、この規準列に対してのみ、第1機器情報データSd(l)に対応して設定値Ws(l,l,l)を記憶しておいても良い。そして、規準列における設定値Ws(l,l,l)の補正値b123(l,l,l)は1とする。
また他の例の対応テーブル211は、機器情報データSd123(l,l,l)と対応させて補正値b123(l,l,l)を記憶する構成としても良い。この場合、制御ブロック208は、第2、第3機器情報が変わったときに、選択するシートや列を変えて、その位置の補正値b123(l,l,l)を読み取る。そして制御ブロック208は、設定値Ws(l,l,l)に補正値b123(l,l,l)を乗じて今回のフィルタ係数W(n)やフィルタ係数データWD(n)を算出する。このような構成の場合、記憶部11には補正値b123(l,l,l)を記憶させるだけでよいので、記憶部11の記憶領域の容量を小さくできる。
さらに、他の例の対応テーブル211は、第1機器情報s(i)と第2機器情報s(i)と第3機器情報s(i)のうちの2つの機器情報sθ(i)に対応して設定値Ws(i)を記憶し、残りの1個の機器情報sθ(i)に対しては補正値bθj(i)を記憶させておく構成としても良い。あるいは、対応テーブル211は、θ個の機器情報sθ(i)のうちから2つの機器情報sθ(i)を選択する組み合わせの数の対応テーブルシート211cを設けても良い。
本実施の形態において、上記補正はLMS演算部207において行っているが、キャンセル信号生成ブロック205における調整部209において補正しても良い。あるいは、制御ブロック208において補正を行うことも可能である。
次に、実施の形態2における第2の例のキャンセル信号生成ブロック215について説明する。図18は、本例のキャンセル信号生成ブロック215のブロック図である。キャンセル信号生成ブロック215は、調整部219と複数(G個)のADF部5、(g=0,1,・・・,G−1)を含む。さらに調整部219は、フィルタ係数調整部219aと合成部219bを含む。そして合成部219bは、ADF部5の出力信号を合成して出力端子42へ出力する。
フィルタ係数調整部219aは、フィルタ係数W(n)に基づいて、ADF部5で用いるフィルタ係数Wg(n)を生成する。そのために、フィルタ係数調整部219aは、入力したフィルタ係数W(n)に寄与割合a(n)とレベル調整係数α(n)を乗じる。まず、ADF部5の数Gと、LMS演算部207において算出されるフィルタ係数W(n)の数Jとが等しい場合について説明する。この場合、フィルタ係数調整部219aは、(数24)に示すようにして、フィルタ係数Wg(n)を生成している。
Figure 2014115533
なお、本例のADF部5の数は、ADF部5〜5の3個としたが、これに限らず2個あるいは4個以上としても構わない。たとえばG個のADF部5を用いる場合、この中の2個のフィルタ係数(たとえばW(i)、W(i))は、上記と同じように手順で処理される。そして、それ以外のADF部5のフィルタ係数Wg(i)は、制御ブロック208で決定された設定値Ws(l)が使用される。なおこの場合、たとえばADF部5、ADF部5以外の寄与割合a(i)はすべて0とする。
このような構成を用いる場合、ADF部5のそれぞれは畳み込み計算を行うので演算量が多くなる。そこでこの構成を用いる場合、能動騒音低減装置204は、並列処理が可能なCPUやDSPなどを使用して構成すると良い。その結果、サンプリング周期Tが、長くなることも抑制できる。
次に、ADF部5の数Gが、LMS演算部207において算出されるフィルタ係数W(n)の数J=hより小さい場合について説明する。この場合、フィルタ係数調整部219aは、寄与割合a(n)、レベル調整係数α(n)、および複数個のフィルタ係数W(n)を用いて、フィルタ係数Wg(n)を算出する。そして、フィルタ係数調整部219aは、たとえば(数25)に示すようにして、G個のフィルタ係数Wg(n)を生成する。すなわち、フィルタ係数調整部219aは、連続する2個以上のフィルタ係数W(n)を寄与割合a(n)によって重み付け加算し、h個のフィルタ係数W(n)からG個のフィルタ係数Wg(n)を生成する。
Figure 2014115533
たとえばキャンセル信号生成ブロック215が、3個のADF部5、5、5で構成されており、制御ブロック208が、4個の機器情報データSd(j,l)を選択する場合について説明する。以下、機器情報s(i)として自動車の速度v(n),機器情報データSdθ(lθ)として速度情報データvd(l)を選択した場合を例に説明する。
自動車の速度v(n)が17km/hである場合、ADF部5のフィルタ係数W0(i)は、速度情報データvd(15)と寄与割合aによって決定される。一方、ADF部5のフィルタ係数W1(i)は、速度情報データvd(20)、vd(25)を、寄与割合a、aによって重み付け加算して算出される。さらに、ADF部5のフィルタ係数W2(i)は、速度情報データvd(30)と寄与割合aによって決定する。
本例のフィルタ係数調整部219aは、フィルタ係数W1(i)を2個の機器情報データSd(j,i)によって算出しているが、いずれのフィルタ係数Wg(i)を複数個の機器情報データSd(j,i)によって算出してもかまわない。また、フィルタ係数調整部219aは、フィルタ係数Wg(i)を3個以上の機器情報データSd(j,i)によって算出してもかまわない。
ADF部5のそれぞれには参照信号x(i)が入力される。その結果、ADF部5は、フィルタ係数Wg(i)によってフィルタ出力信号y(i)を出力する。そして、合成部219bはADF部5から出力されたフィルタ出力信号y(i)を加算(合成)し、キャンセル信号y(i)を出力する。
以上のような構成により、制御ブロック208が参照信号x(i)のレベルを小さいと判定した場合、キャンセル信号y(i)のレベルを小さくするように調整する。従って、実施の形態1と同じく、参照信号x(i)のレベルが小さい場合でも、異音の発生を抑制できる。
なお、制御ブロック208は、実施の形態1と同じく、レベル調整係数α(i)を生成している。そして、制御ブロック208は、レベル調整係数α(i)をフィルタ係数調整部219aへ供給する。その結果、フィルタ係数調整部219aは、レベル調整係数α(i)を用いたキャンセル信号y(i)のレベル調整と、寄与割合a(i)を用いたフィルタ係数Wg(i)の補正を行う。しかし、調整部219aは、フィルタ係数W(i)に対して寄与割合a(i)による補正を行う調整部と、キャンセル信号y(i)のレベル調整を行う調整部とに分けても良い。この場合、フィルタ係数調整部219aは、フィルタ係数W(i)を寄与割合a(i)のみによって補正を行う。一方、キャンセル信号y(i)のレベル調整は、ADF部5と合成部219bとの間、もしくは合成部219bと出力端子42との間のどちらか、あるいは、参照信号入力端子41とADF部5の間に設けられた実施の形態1の各例の調整部9、139、149、159、169、179のいずれかで行っても良い。
なお、ADF部5に代えてキャンセル信号生成ブロック165、175のいずれかを用いても良い。また、ADF部5に代えてキャンセル信号生成ブロック165を用い、合成部169cと合成部219bが共に加算演算を行う場合、ADF部5の出力と補正信号生成部169bの出力は直接に合成部219bへ供給する構成としても良い。この場合、合成部219bが、これらの信号を一気に加算する。そして、このような構成とすることによって、合成部169cは、不要とできる。
ADF部5に代えてキャンセル信号生成ブロック175を用いる場合、合成部219bが合成部179cを含む構成としても良い。
次に、本実施の形態の第3の例のキャンセル信号生成ブロック225について説明する。図19は、キャンセル信号生成ブロック225のブロック図である。キャンセル信号生成ブロック225は、複数のADF部5と調整部229を含む。そして、これらすべてのADF部5に対して参照信号x(i)が入力される。なお本例の場合、これらのADF部5のそれぞれは、LMS演算部207によって算出されたフィルタ係数W(i)がそのまま供給される。
調整部229は、ADF部5と図15に示す出力端子42との間に設けられる。そして調整部229は、(数26)に基づいて、キャンセル信号y(i)を出力する。すなわち、調整部229は、ADF部5の出力を寄与割合a(i)およびレベル調整係数α(n)に応じて、ADF部5の出力を加算(合成)し、キャンセル信号y(i)を出力する。なお、本例のADF部5の数は3個としたが、これに限らず2個あるいは4個以上としても構わない。
Figure 2014115533
なお調整部229は、レベル調整係数α(i)を用いて、キャンセル信号y(i)のレベル調整を行う。かつ調整部229は、寄与割合a(i)を用いて、キャンセル信号y(i)におけるフィルタ係数W(i)の寄与度の調整も行っている。しかし、調整部229は、フィルタ係数W(n)に対して寄与割合a(i)による補正を行う調整部と、キャンセル信号y(n)のレベル調整を行う調整部とに分けても良い。この場合、調整部229は、フィルタ係数W(i)を寄与割合a(i)のみによって補正を行う。一方、キャンセル信号y(i)のレベル調整は、ADF部5と調整部229との間、もしくは調整部229と出力端子42との間のどちらかに設けられた実施の形態1の各例の調整部9、139、149、159、169、179のいずれかによって行うこともできる。あるいは、参照信号入力端子41とADF部5の間に実施の形態1の各例の調整部9、139、149、159、169、179のいずれかを設ける構成としても良い。
またADF部5に代えて、キャンセル信号生成ブロック165、175、のいずれかを用いても良い。なおADF部5に代えてキャンセル信号生成ブロック165を用い、合成部169cと合成部229bが共に加算演算を行う場合、ADF部5の出力と補正信号生成部169bの出力は、直接に合成部229bへ供給する構成としても良い。そして合成部229bは、これらの信号を一気に加算する。この構成とすることによって、合成部169cは不要とできる。
ADF部5に代えてキャンセル信号生成ブロック175を用いる場合、調整部229は合成部179cを含む構成としても良い。
次に、本実施の形態の第4の例のLMS演算部237について説明する。図15に示す本例のLMS演算部237は、(数27)に示すようにして、次回のステップのフィルタ係数W(n+1)を生成する。すなわち、次回のフィルタ係数W(n+1)は、準備した濾波参照信号R(n)と現時点での誤差信号e(n)とステップサイズパラメータμとLMS演算部237で前回に算出されたフィルタ係数W(n)と補正値b(n)によって算出される。なお本例の場合、フィルタ係数データWD(i)は使用しないので、算出不要である。したがって、記憶部11の容量は小さくできる。
Figure 2014115533
LMS演算部237の動作について説明する。図4に示すLMS演算ステップ606では、次回のキャンセル信号生成ステップ607で用いるフィルタ係数W(n+1)を算出する。その結果、現時点のキャンセル信号生成ステップ607で用いたフィルタ係数W(n)は、LMS演算ステップ606で算出された新たなフィルタ係数W(n+1)へと更新される。そのために、LMS演算ステップ606では、フィルタ係数W(n+1)のみを生成して、記憶部11へ記憶する。フィルタ係数演算ステップ606bでは、(数27)に示すようにして、次回のフィルタ係数W(n+1)を算出する。なお、フィルタ係数W(n+1)は、次回のキャンセル信号生成ステップ607で用いるフィルタ係数である。フィルタ係数W(n+1)は、現時点の誤差信号e(n)、濾波参照信号R(n)とステップサイズパラメータμとを用いて算出する。なお、濾波参照信号R(n)は、Chat生成ステップ504によって算出された信号である。
(実施の形態3)
図20は本発明の実施の形態3におけるマルチチャンネル能動騒音低減システム301のブロック図である。図21はマルチチャンネル能動騒音低減システム301が搭載された機器302の概略図である。図20と図21において、図1や図2に示す能動騒音低減システム101や自動車102と同じ部分には同じ参照符号を付す。
実施の形態1の能動騒音低減システム101は、1つの参照信号源1と1つのキャンセル音源2と1つの誤差信号源3および能動騒音低減装置4を備える。一方、本実施の形態のマルチチャンネル能動騒音低減システム301は、マルチチャンネル能動騒音低減装置304を用いる。マルチチャンネル能動騒音低減装置304は、1つ以上の参照信号源1ξと1つ以上のキャンセル音源2ηと1つ以上の誤差信号源3ζとを用いて、空間S1の騒音を低減する。ここで,ξは参照信号源1の数,ηはキャンセル音源の数,ζは誤差信号源の数をそれぞれ表している。以下、これらの添え字が付される場合には、それぞれの信号源と関連していることを示している。
以下、4つの参照信号源1〜1と、4つのキャンセル音源2〜2と、4つの誤差信号源3〜3を備えたマルチチャンネル能動騒音低減システム301を例にとって説明する。
本例のマルチチャンネル能動騒音低減システム301は、4つのマルチチャンネル能動騒音低減装置304〜304を備える。また、マルチチャンネル能動騒音低減装置304ηは、4つの能動騒音低減装置3040η〜3043ηと、信号加算部313ηをさらに備えている。信号加算部313ηは、これらの能動騒音低減装置304ξηからの出力信号を加算し、信号yη(i)を出力する。また、マルチチャンネル能動騒音低減システム301は、参照信号源1ξと対応して参照信号xξ(i)の信号レベルL ξ(i)を検出するレベル検出部310ξも備えている。
なお、参照信号源1ξとキャンセル音源2ηと誤差信号源3ζの数は4個としているが、これらの数は4個に限らない。またこれらの数は、互いに異なっていてもよい。
まず、キャンセル音源2ηからキャンセル音N1ηを放射する、マルチチャンネル能動騒音低減装置304ηの動作を説明する。マルチチャンネル能動騒音低減装置304ηは、能動騒音低減装置304ξηを含む。なお、本例の能動騒音低減装置304ξηは、実施の形態1あるいは実施の形態2におけるいずれのキャンセル信号生成ブロックを用いても構わない。
能動騒音低減装置3040η〜3043ηは、参照信号源1〜1から出力される参照信号x(i)〜x(i)が入力されて、キャンセル信号y0η(i)〜y3η(i)を出力する。
信号加算部313ηは、これら4つのキャンセル信号yξη(i)を加算し、キャンセル信号yη(i)を出力する。そして、マルチチャンネル能動騒音低減装置304ηから出力されたキャンセル信号yη(i)は、キャンセル音源2ηへと供給される。この構成により、キャンセル音源2ηは、キャンセル信号yη(i)に対応したキャンセル音N1ηを放射する。
能動騒音低減装置304ξηは、キャンセル信号生成ブロック305ξηとChat部306ξηζとLMS演算部307ξηと制御ブロック308ξηとレベル検出部310ξを含む。
キャンセル信号生成ブロック305ξηは、少なくともADF部5ξηを含み、現時点のキャンセル信号yξη(i)を求める。すなわちキャンセル信号yξη(i)は、フィルタ係数Wξη(i)と参照信号xξ(i)を用いて求める。なお、フィルタ係数Wξη(i)はLMS演算部307ξηが算出する。さらにキャンセル信号生成ブロック305ξηは、制御ブロック308ξηの出力に基づいて、キャンセル信号yξη(i)のレベルを調整する。
Chat部306ξηζは、模擬音響伝達特性データC^ηζによって参照信号xξ(i)を補正し、濾波参照信号rξηζ(i)を生成する。そして、Chat部306ξηζは、生成した濾波参照信号rξηζ(i)をLMS演算部307ξηへ出力する。LMS演算部307ξηは、ADF部5ξηで用いるフィルタ係数Wξη(i)を算出する。
レベル検出部310ξは、参照信号xξ(i)の信号レベルL ξ(i)を検出し、制御ブロック308ξηへと出力する。
制御ブロック308ξηは、レベル検出部310ξで検出された信号レベルL ξ(i)を判定する。そして制御ブロック308ξηが信号レベルL ξ(i)を小さいと判定した場合、能動騒音低減装置304ξηはキャンセル信号yξη(i)のレベルを小さくする。
実施の形態1の模擬音響伝達特性データC^は、図1に示すように、キャンセル信号生成ブロック105からキャンセル信号y(i)が出力されてから、誤差信号e(i)としてLMS演算部7へ到達するまでの間の信号伝達経路の音響伝達特性を模擬したデータを用いる。一方、本実施の形態の模擬音響伝達特性データC^ηζは、キャンセル信号生成ブロック305ξηからLMS演算部307ξηまでの間の伝達特性を模擬した音響伝達特性である。本実施の形態の模擬音響伝達特性データC^ηζは、(数28)に示すように、Nc個の模擬音響伝達特性データc^ηζによるNc行1列のベクトルとして表される。したがって、本例の場合、模擬音響伝達特性データc^ηζは、16個の模擬音響伝達特性データc^ηζによって構成されている。なお、模擬音響伝達特性データC^ηζは、時間で変動する値としても良い。
Figure 2014115533
参照信号Xξ(n)は、(数29)に示すように、N個の参照信号xξ(i)によるN行1列のベクトルとして表される。すなわち参照信号Xξ(n)は、現時点のn番目のステップの参照信号xξ(n)から(N−1)ステップ分過去の参照信号xξ(n−(N−1))までの参照信号によって構成される。
Figure 2014115533
Chat部306ξηζは、参照信号源1ξに接続されて、参照信号xξ(n)が入力される。Chat部306ξηζは、(数30)に示すように、濾波参照信号rξηζ(n)を出力する。
Figure 2014115533
濾波参照信号Rξηζ(n)は、(数31)に示すように、N行1列のベクトルとして表される。すなわち、濾波参照信号Rξηζ(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rξηζ(n)によって構成される。
Figure 2014115533
誤差信号源3ζは、空間S1で取得した残留音に対応する誤差信号eζ(n)を出力する。キャンセル信号生成ブロック305を実施の形態1におけるキャンセル信号生成ブロック105〜175によって構成した場合、LMS演算部307ξηは、(数32)に示すように、フィルタ係数Wξη(n+1)を生成する。すなわち、フィルタ係数Wξη(n+1)は、現時点の誤差信号eζ(n)と濾波参照信号rξηζ(n)とステップサイズパラメータμξηζによって生成される。
Figure 2014115533
また、フィルタ係数Wξη(n+1)は、(数33)に示すように、制御ブロック308ξηから出力されるレベル調整係数αξ(n)を用いて、生成することもできる。
Figure 2014115533
このような構成とすることにより、次回のフィルタ係数Wξη(n+1)は、誤差信号eζ(n)と濾波参照信号Rξηζ(n)とステップサイズパラメータμξηζおよびレベル調整係数αξ(n)に基づいて現時点のフィルタ係数Wξη(n)を更新して作成される。したがって、キャンセル信号yξη(n)のレベルが小さくなるように調整された場合、フィルタ係数Wξη(n+1)の値が急激に変化することを抑制できる。
さらに、誤差信号eζ(n)、濾波参照信号Rξηζ(n)、ステップサイズパラメータμξηζ、レベル調整係数αξ(n)のうちの少なくとも1つ上を0にすることもできる。このような構成とすることにより、フィルタ係数Wξη(n+1)が誤って大きな値に更新されることや、参照信号ノイズx ξ(i)に基づく値に更新されることを防止できる。
レベル検出部310ξには、参照信号源1ξ〜xξ(n)が入力される。そしてレベル検出部310ξは、参照信号xξ(n)の信号レベルL ξ(n)を検知し、検知した信号レベルL ξ(n)を制御ブロック308ξηに出力する。
制御ブロック308ξηは、入力された信号レベルL ξ(n)があらかじめ定められた値以下であるかを判定する。そして、参照信号xξ(n)の信号レベルL ξ(n)の値があらかじめ定められた値以下である場合に、制御ブロック308ξηは参照信号xξ(n)のレベルが小さいと判定している。そして制御ブロック308ξηは信号レベルL ξ(n)が小さいと判定した場合に、キャンセル信号yξη(n)のレベルを調整するための制御信号をキャンセル信号生成ブロック305ξηへ出力する。
本例のキャンセル信号生成ブロック305ξηは、実施の形態1におけるキャンセル信号生成ブロック105〜175を使用することができる。以下のキャンセル信号生成ブロック305ξηは、キャンセル信号生成ブロック105を使用した場合を一例として説明する。
この場合、キャンセル信号生成ブロック305ξηはADF部5ξηと調整部309ξηを含む。ADF部5ξηは、(数34)に示されるように、参照信号Xξ(n)に基づいて、キャンセル信号yξη(n)を生成する。
Figure 2014115533
調整部309ξηは、(数35)に示すように、キャンセル信号yξη(n)を調整する。そのために、調整部309ξηは、キャンセル信号yξη(n)に制御ブロック308ξηから出力されるレベル調整係数αξ(n)を乗じる。
Figure 2014115533
制御ブロック308ξηは、信号レベルL ξ(n)があらかじめ定められた値以下である場合、キャンセル信号yξη(n)を小さくする旨の制御信号をキャンセル信号生成ブロック305ξηへ出力する。たとえば、制御ブロック308ξηは、信号レベルL ξ(n)があらかじめ定められた値より大きい場合、レベル調整係数αξ(n)の値として1を出力する。一方、制御ブロック308ξηは、信号レベルL ξ(n)があらかじめ定められた値以下である場合、レベル調整係数αξ(n)の値を0≦αξ(n)<1の範囲で調整する。なお本実施の形態の制御ブロック308ξηは、能動騒音低減装置304ξηのそれぞれに設けられているが、能動騒音低減装置304ξηのそれぞれには設けなくてもよく、レベル検出部310ξに対応する制御ブロック308ξを設けてもかまわない。
信号加算部313ηは、キャンセル信号yη(n)を生成する。キャンセル信号yη(n)は、(数35)で得られたキャンセル信号yξη(n)を、(数36)で示すように、合計することによって生成される。
Figure 2014115533
以上のように、マルチチャンネル能動騒音低減システム301は、(数32)や(数33)に基づいて、サンプリング周期Tごとにキャンセル信号生成ブロック305ξηのフィルタ係数Wξη(i)を更新する。この構成により、マルチチャンネル能動騒音低減システム301は、誤差信号源3ζの位置で騒音N0を打ち消す最適なキャンセル信号yη(i)を求めることができる。その結果、空間S1内での騒音N0を低減することができる。
なお、本実施の形態の制御ブロック308ξηは、参照信号xξ(i)ごとに信号レベルL ξ(i)の大きさを判定し、対応したキャンセル信号yξη(i)の大きさを調整している。しかし制御ブロック308ξηは参照信号xξ(i)の代表値によって判定しても良い。たとえば、代表値は、複数の参照信号xξ(i)の中の1つ以上の参照信号xξ(i)を用いても良い。また、代表値は、1つ以上の参照信号xξ(i)を平均して得ても良い。そして制御ブロック308ξηは、これらの代表値が小さいと判定した場合に、複数のキャンセル信号yξη(i)を調整してもよい。これらの場合、すべてを能動騒音低減装置304ξηごとに調整する必要はなく、たとえば信号加算部313ηに調整部309ξηの機能を持たせても良い。
次に、キャンセル信号生成ブロック305ξηが、実施の形態2におけるキャンセル信号生成ブロック205によって構成される場合の例について説明する。この場合、LMS演算部307ξηは、(数37)に示すようにして、フィルタ係数Wξη (n+1)と、フィルタ係数データWDξη (n+1)を生成する。すなわち、フィルタ係数Wξη (n+1)とフィルタ係数データWDξη (n+1)は、現時点のn番目のステップで誤差信号eζ(n)、濾波参照信号Rξηζ(n)、ステップサイズパラメータμξηζおよび、補正値bξ (n)によって生成される。補正値bξ (n)は、制御ブロック308ξηにより決定された補正値である。
Figure 2014115533
キャンセル信号生成ブロック305ξηは、(数38)のようにして、フィルタ係数Wξη(n)を算出している。すなわち、フィルタ係数Wξη(n)は、フィルタ係数Wξη (n+1)、寄与割合aξη (n)と、レベル調整係数αξ(n)によって算出される。なお、フィルタ係数Wξη (n+1)は、LMS演算部307ξηによって生成される。また、寄与割合aξη (n)とレベル調整係数αξ(n)は、制御ブロック308ξηによって算出される。
Figure 2014115533
以上のように、マルチチャンネル能動騒音低減システム301は、(数38)に基づいて、サンプリング周期Tごとにキャンセル信号生成ブロック305ξηのフィルタ係数W ξη(i)を更新する。この構成により、マルチチャンネル能動騒音低減システム301は、誤差信号源3ζの位置で騒音N0を打ち消す最適なキャンセル信号yη(i)を求めることができる。その結果、空間S1内での騒音N0を低減することができる。
本発明にかかる能動騒音低減装置は、騒音N0のレベルが小さくなる方向へ変化した場合においても異音の発生を抑制できるという効果を有し、自動車などの機器等に用いると有用である。
1 参照信号源
2 キャンセル音源
3 誤差信号源
4 能動騒音低減装置
5 適応フィルタ部
6 模擬音響伝達特性データフィルタ部
7 最小二乗平均演算部
8 制御ブロック
9 調整部
10 レベル検出部
11 記憶部
41 参照信号入力端子
42 出力端子
43 誤差信号入力端子
44 機器情報入力端子
101 能動騒音低減システム
102 自動車
105 キャンセル信号生成ブロック
115 キャンセル信号生成ブロック
120 レベル検出部
120a ハイパスフィルタ
120b ノイズレベル検出器
128 制御ブロック
135 キャンセル信号生成ブロック
139 調整部
145 キャンセル信号生成ブロック
149 調整部
155 キャンセル信号生成ブロック
159 調整部
159a 処理選択部
159b ローパスフィルタ
165 キャンセル信号生成ブロック
169 調整部
169a ハイパスフィルタ
169b 補正信号生成部
169c 合成部
169d 位相調整部
175 キャンセル信号生成ブロック
179 調整部
179c 合成部
179d 位相調整部
201 能動騒音低減システム
202 自動車
204 能動騒音低減装置
205 キャンセル信号生成ブロック
207 LMS演算部
208 制御ブロック
209 調整部
211 対応テーブル
211a 第1機器情報データ群
211b 第2機器情報データ群
211c 対応テーブルシート
212 機器情報源
215 キャンセル信号生成ブロック
219 調整部
219a フィルタ係数調整部
219b 合成部
225 キャンセル信号生成ブロック
229 調整部
301 マルチチャンネル能動騒音低減システム
302 機器
304 マルチチャンネル能動騒音低減装置
305 キャンセル信号生成ブロック
306 模擬音響伝達特性データフィルタ部
307 LMS演算部
308 制御ブロック
309 調整部
310 レベル検出部
313 信号加算部
N0 騒音
N1 キャンセル音
S1 空間
図1は本発明の実施の形態1における第1の例の能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図2は実施の形態1における第2〜第8の例の能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図3は実施の形態1における能動騒音低減装置を用いた移動体機器の概略図である。 図4は実施の形態1における第2、第4の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図5は実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図6は実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図7Aは実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図7Bは実施の形態1における第2の例の能動騒音低減装置の他の動作のフローチャートである。 図8は実施の形態1の第3の例のレベル検出部のブロック図である。 図9Aは、実施の形態1における第3の例の能動騒音低減装置の参照信号の周波数特性を示す図である。 図9Bは、実施の形態1における第3の例の能動騒音低減装置の参照信号の周波数特性を示す図である。 図10Aは実施の形態1における第5の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのフローチャートである。 図10Bは実施の形態1における第5の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックの他のフローチャートである。 図11は本発明の実施の形態1における第6の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図12は本発明の実施の形態1における第7の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図13は本発明の実施の形態1における第7の例の能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図14は本発明の実施の形態1における第8の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図15は本発明の実施の形態2における能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図16は実施の形態2における能動騒音低減装置を用いた移動体機器の概略図である。 図17は実施の形態2における能動騒音低減装置に格納された対応テーブルを示す図である。 図18は実施の形態2における第2の例の能動騒音低減装置キャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図19は実施の形態2における第3の例の能動騒音低減装置のキャンセル信号生成ブロックのブロック図である。 図20は本発明の実施の形態3における能動騒音低減装置を用いた能動騒音低減システムのブロック図である。 図21は実施の形態3における能動騒音低減装置を用いた移動体機器の概略図である。 図22は従来の能動騒音低減システムのブロック図である。
なお、制御ブロック8が直接的にキャンセル信号y(i)を調整しても良い。あるいは制御ブロック8は、他のブロックなどを介して、間接的にキャンセル信号y(i)を調整しても構わない。
そこで、このような広い周波数帯域の騒音N0を低減するために、キャンセル信号生成ブロック115は、ADF部5を含む。ADF部5は、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ている。なお、フィルタ係数w(k)の値は、フィルタードX−LMS(以下、FxLMS)アルゴリズムによって、サンプリング周期Tsごとに更新される。
また調整部149は、ADF部5と参照信号入力端子41の間に設けても良い。この場合、参照信号x(i)が調整部149へ入力され、調整部149は入力された参照信号x(i)をLPFを介してADF部5に出力する。これによりキャンセル信号y(i)の生成に用いられる参照信号x(i)に含まれる参照信号ノイズx(i)が低減される。したがってこのような構成とすることにより、本例は調整部149をADF部5の後に設けた場合と同様の効果が得られる。なおLPFは、オペアンプや抵抗器などにより構成されたアナログフィルタを用いてもよい。
また調整部159は、ADF部5と参照信号入力端子41の間に設けた構成としても良い。この場合、処理選択部159aは、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を大きいと判定した場合、参照信号x(n)をそのままADF部5へ供給する。すなわち、制御ブロック8あるいは制御ブロック128が信号レベルL(n)を小さいと判定した場合、処理選択部159aは参照信号x(n)をLPF159bへ供給するように選択する。この構成により参照信号x(n)は、LPF159bを介してADF部5に出力される。すなわち処理選択部159aは、参照信号x(n)を参照信号入力端子41からADF部5に直接入力するのか、それともLPF159bを介してADF部5へ入力するのかを選択する。
またキャンセル信号生成ステップ557は、入力ステップ507aと調整ステップ557dとの間に設けられたカットオフ周波数決定ステップ547cをさらに含んでもよい。この場合、カットオフ周波数決定ステップ547cでは、制御ステップ505の制御信号に応じてLPFのカットオフ周波数fLF(i)を決定する。
本例の調整部209は、演算(乗算と加算)によってフィルタ係数 (i)を得た。しかし、調整部209はこれに限らない。たとえば調整部209は、乗算の代わりとして、フィルタ係数W(i)を寄与割合a(i)とレベル調整係数α(i)に応じて増幅する可変利得増幅器を用いても良い。この場合、可変利得増幅器の増幅度は、寄与割合a(i)とレベル調整係数α(i)を掛け算した値と等しくなるように調整される。また加算の代わりとして、フィルタ係数W(i)を合成する合成部を用いても良い。
なお、本例のADF部5の数は、ADF部5〜5の3個としたが、これに限らず2個あるいは4個以上としても構わない。たとえばG個のADF部5を用いる場合、この中の2個のフィルタ係数(たとえばW(i)、W(i))は、上記と同じような手順で処理される。そして、それ以外のADF部5のフィルタ係数 (i)は、制御ブロック208で決定された設定値Ws(l)が使用される。なおこの場合、たとえばADF部5、ADF部5以外の寄与割合a(i)はすべて0とする。
レベル検出部310ξには、参照信号源 ξ (n)〜xξ(n)が入力される。そしてレベル検出部310ξは、参照信号xξ(n)の信号レベルLxξ(n)を検知し、検知した信号レベルLxξ(n)を制御ブロック308ξηに出力する。

Claims (41)

  1. 騒音と相関のある参照信号が入力される参照信号入力端子と、
    少なくとも適応フィルタ部を含み、前記参照信号に基づきキャンセル信号を出力するキャンセル信号生成ブロックと、
    前記キャンセル信号生成ブロックから出力された前記キャンセル信号を出力する出力端子と、
    前記キャンセル信号に対応してキャンセル音源から発生されるキャンセル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が入力される誤差信号入力端子と、
    前記参照信号が入力され、かつ前記キャンセル信号の信号伝達経路の音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性データによって、前記参照信号を補正して、濾波参照信号を出力するデータフィルタ部と、
    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キャンセル信号生成ブロックのフィルタ係数を更新させる最小二乗平均演算部と、
    前記参照信号が入力されるレベル検出部と、
    前記レベル検出部で検出された信号レベルが入力されて、前記信号レベルを判定する制御ブロックと、
    を備え、
    前記信号伝達経路は、前記キャンセル信号生成ブロックから前記最小二乗平均演算部までの間の信号経路であり、
    前記制御ブロックは、前記参照信号の信号レベルが小さいと判定した場合に、前記キャンセル信号のレベルを小さくする、能動騒音低減装置。
  2. 前記制御ブロックは、前記キャンセル信号生成ブロックから出力される前記キャンセル信号と、前記キャンセル信号生成ブロックに入力される前記参照信号と、前記適応フィルタ部のフィルタ係数とのうち少なくともひとつを調整する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  3. 前記制御ブロックは、前記信号レベルに基づいてレベル調整係数を生成し、前記レベル調整係数に基づいて前記キャンセル信号のレベルを調整する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  4. 前記制御ブロックは、前記キャンセル信号生成ブロックから出力される前記キャンセル信号と、前記キャンセル信号生成ブロックに入力される前記参照信号と、前記適応フィルタ部のフィルタ係数とのうち少なくともひとつに前記レベル調整係数を乗じて前記キャンセル信号のレベルを調整する、請求項3に記載の能動騒音低減装置。
  5. 前記制御ブロックは、前記参照信号の信号レベルが小さいと判定した場合に前記レベル調整係数の値を小さくする、請求項4に記載の能動騒音低減装置。
  6. 前記制御ブロックの出力に基づいて、前記キャンセル信号のレベルを調整する調整部をさらに備え、
    前記制御ブロックは、前記調整部を介して前記キャンセル信号のレベルを小さくする、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  7. 前記制御ブロックは、前記信号レベルに基づいてレベル調整係数を生成し、
    前記調整部は、前記キャンセル信号生成ブロックから出力される前記キャンセル信号と、前記キャンセル信号生成ブロックに入力される前記参照信号と、前記適応フィルタ部のフィルタ係数とのうち少なくともひとつに前記レベル調整係数を乗じる、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  8. 前記キャンセル信号生成ブロックは前記調整部を含む、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  9. 前記制御ブロックは、前記参照信号の信号レベルが小さいと判定した場合に前記レベル調整係数の値を小さくする、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  10. 前記最小二乗平均演算部が、前記調整部を含むか、もしくは前記調整部を兼ねており、
    前記調整部は、前記制御ブロックの出力に基づいて、前記キャンセル信号生成ブロックへ出力するフィルタ係数を調整する、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  11. 前記調整部はスイッチを有し、
    前記スイッチは、前記参照信号源と前記キャンセル信号生成ブロックとの間と、前記キャンセル信号生成ブロックと前記キャンセル音源との間とのうち少なくとも一方に設けられ、
    前記参照信号の信号レベルがあらかじめ定められた値以下であると判定された場合に前記スイッチをオフにする、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  12. 前記参照信号が供給されるハイパスまたはバンドパスフィルタであるフィルタをさらに備え、
    前記調整部は、前記フィルタから出力される高周波成分信号の位相を反転し、かつ前記反転した位相を有する前記高周波成分信号に前記フィルタ係数を畳み込んで生成された信号と前記キャンセル信号とを合成する、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  13. 前記参照信号が供給されるハイパスまたはバンドパスフィルタであるフィルタをさらに備え、
    前記調整部は、前記フィルタから出力される高周波成分信号の位相を反転し、かつ前記参照信号と前記反転した位相を有する前記高周波成分信号とを合成する、請求項6に記載の能動騒音低減装置。
  14. 前記制御ブロックは、前記参照信号のレベルがあらかじめ定められた値以下であると判定した場合に、前記キャンセル信号と、前記参照信号と、前記フィルタ係数と、前記レベル調整係数とのうち少なくともひとつを0となるように調整して、前記キャンセル信号の出力を停止させる、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  15. 前記制御ブロックは、前記参照信号の信号レベルがあらかじめ定められた値以下である場合に前記参照信号の信号レベルを小さいと判定する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  16. 前記参照信号は参照信号ノイズが含まれた信号であり、
    前記制御ブロックは、前記参照信号ノイズを検知した場合に前記参照信号の信号レベルが小さいと判定する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  17. 前記レベル検出部は、
    前記参照信号が供給されるハイパスまたはバンドパスフィルタである第1のフィルタと、
    前記第1のフィルタから出力される高周波成分信号が供給されて、前記参照信号ノイズのレベルを検知するノイズレベル検出器と、
    を含む、請求項16に記載の能動騒音低減装置。
  18. 前記適応フィルタ部の上流に設けられた調整部をさらに備え、
    前記調整部は、少なくとも前記高周波成分信号の周波数を含む減衰域を有するローパスフィルタである第2のフィルタを含み、
    前記制御ブロックが前記参照信号の信号レベルを小さいと判定した場合に、前記調整部は前記参照信号を前記第2のフィルタを介して前記適応フィルタ部へ供給する、請求項17に記載の能動騒音低減装置。
  19. 前記適応フィルタ部の下流に設けられた調整部をさらに備え、
    前記調整部は、少なくとも前記高周波成分信号の周波数を含む減衰域を有するローパスフィルタである第2のフィルタを含み、
    前記制御ブロックが前記参照信号の信号レベルを小さいと判定した場合に、前記キャンセル音は、前記第2のフィルタを通過した前記キャンセル信号に対応して生成される請求項17に記載の能動騒音低減装置。
  20. 前記制御ブロックの出力に基づいて、前記キャンセル信号のレベルを調整する調整部をさらに備え、
    前記調整部は、前記制御ブロックが前記参照信号の信号レベルを小さいと判定した場合、少なくとも前記高周波成分信号の周波数を含む減衰域を有するローパスフィルタを前記フィルタ係数に畳み込むことにより、前記制御ブロックは前記調整部を介して前記キャンセル信号のレベルを小さくする、請求項17に記載の能動騒音低減装置。
  21. 前記最小二乗平均演算部は、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に加えて、前記レベル調整係数を用いて前記キャンセル信号生成ブロックのフィルタ係数を更新する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  22. 前記制御ブロックは、前記信号レベルに基づいてレベル調整係数を生成し、
    前記最小二乗平均演算部は、前記レベル調整係数と前記ステップサイズパラメータの少なくともいずれかを前記誤差信号に乗じて前記フィルタ係数を算出し、かつ前記制御ブロックが、前記参照信号の信号レベルをあらかじめ定められた値以下であると判定した場合、前記ステップサイズパラメータと、前記レベル調整係数との少なくともひとつを0とし、前記フィルタ係数の更新を停止する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  23. 前記制御ブロックへ機器情報を供給する機器情報入力端子をさらに備え、
    前記制御ブロックは、前記機器情報に基づいて2個以上のフィルタ係数と、前記キャンセル信号における前記2個以上のフィルタ係数の寄与割合を生成し、
    前記適応フィルタ部は、前記参照信号と、前記2個以上のフィルタ係数と、前記レベル調整係数および、前記寄与割合を用いて前記キャンセル信号を生成する、請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  24. 請求項1に記載の能動騒音低減装置と、
    前記参照信号入力端子に接続された参照信号源と、
    前記出力端子に接続されたキャンセル音源と、
    を備え、
    前記キャンセル音源が前記キャンセル音を放出可能なように空間が設けられている、機器。
  25. 騒音と相関のある参照信号と、キャンセル信号に対応するキャンセル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を入力するステップと、
    少なくとも適応フィルタによる演算を行うステップを含み、前記参照信号に基づいた前記キャンセル信号を出力するステップと、
    前記参照信号が入力され、かつ前記キャンセル信号の信号伝達経路の音響伝達特性を模擬した模擬音響伝達特性データによって、前記参照信号を補正して、濾波参照信号を出力するステップと、
    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のフィルタ係数を更新させるステップと、
    前記参照信号の信号レベルを検出し、検出された信号レベルを判定するステップと、
    前記参照信号の前記信号レベルが小さいと判定した場合に、前記キャンセル信号のレベルを小さくするための制御信号を生成するステップと、
    前記キャンセル信号のレベルを前記制御信号に基づいて調整するステップと、
    を含む能動型騒音低減方法。
  26. 前記キャンセル信号のレベルを調整するステップは、前記制御ステップが出力する前記制御信号に基づいて前記キャンセル信号のレベルを調整するステップを含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
  27. 前記キャンセル信号のレベルを調整するステップは、前記制御信号に基づいて、前記キャンセル信号と、前記参照信号と、前記適応フィルタのフィルタ係数とのうち少なくともひとつを調整するステップを含む、請求項26に記載の能動型騒音低減方法。
  28. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記キャンセル信号と、前記参照信号と、前記適応フィルタのフィルタ係数とのうち少なくともひとつに前記レベル調整係数を乗じるステップを含む、請求項27に記載の能動型騒音低減方法。
  29. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記制御ステップが前記参照信号の信号レベルを小さいと判定した場合、前記キャンセル信号と、前記参照信号と、前記フィルタ係数とのうち少なくともひとつを0となるように調整して、前記キャンセル信号の出力を停止するステップを含む、請求項26に記載の能動型騒音低減方法。
  30. 前記制御信号はレベル調整係数を含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
  31. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記参照信号の信号レベルが小さいと判定した場合、前記レベル調整係数の値を小さくするステップを含む、請求項30に記載の能動型騒音低減方法。
  32. 前記信号レベルを判定するステップは、前記参照信号の信号レベルがあらかじめ定められた値以下である場合に、前記参照信号の信号レベルを小さいと判定するステップを含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
  33. 前記参照信号は、参照信号ノイズが含まれた信号であり、
    前記参照信号の信号レベルを判定するステップは、前記参照信号ノイズを検知した場合に、前記参照信号の信号レベルが小さいと判定するステップを含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
  34. 前記参照信号の信号レベルを判定するステップは、前記参照信号がハイパスまたはバンドパスフィルタを通過して得られた信号の高周波成分信号によって前記参照信号ノイズを検知するステップを含む、請求項33に記載の能動型騒音低減方法。
  35. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記制御ステップが前記参照信号の信号レベルを小さいと判定した場合、前記キャンセル信号と、前記参照信号とのうち少なくとも一方を、前記高周波成分信号の周波数を減衰域に含むローパスフィルタを介して出力するステップを含む、請求項34に記載の能動型騒音低減方法。
  36. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記制御ブロックが前記参照信号の信号レベルを小さいと判定した場合、前記高周波成分信号の周波数を減衰域に含むローパスフィルタを前記フィルタ係数に畳み込むステップをさらに含む、請求項34に記載の能動型騒音低減方法。
  37. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記高周波成分信号の位相を反転し、かつ前記位相を反転した高周波成分信号に前記フィルタ係数を畳み込んだ信号を生成し、前記フィルタ係数を畳み込んだ信号と前記キャンセル信号を合成するステップを含む、請求項34に記載の能動型騒音低減方法。
  38. 前記キャンセル信号を調整するステップは、前記高周波成分信号の位相を反転し、かつ前記位相を反転した高周波成分信号と前記参照信号を合成するステップを含む、請求項34に記載の能動型騒音低減方法。
  39. 前記適応フィルタの前記フィルタ係数を更新させるステップは、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前記レベル調整係数を用いて前記フィルタ係数を更新するステップを含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
  40. 適応フィルタのフィルタ係数を更新させるステップは、前記参照信号の信号レベルがあらかじめ定められた値以下であると判定された場合、前記ステップサイズパラメータと、前記レベル調整係数との少なくともひとつを0とし、前記フィルタ係数の更新を停止するステップを含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
  41. 機器情報を入力するステップと、
    前記機器情報に基づいて2個以上のフィルタ係数と、前記キャンセル信号における前記2個以上のフィルタ係数の寄与割合を生成するステップと、
    をさらに含み、
    前記キャンセル信号を出力するステップは、前記参照信号と、前記2個以上のフィルタ係数と、前記レベル調整係数および、前記寄与割合を用いて前記キャンセル信号を生成するステップを含む、請求項25に記載の能動型騒音低減方法。
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