(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御音を制御点へ出力し、前記制御点での騒音を制御する能動騒音制御装置であって、
出力する制御音のうち前記制御点に直接到達する直接制御音の到来方向が、前記制御点に直接到達する直接騒音の到来方向と同一となるように配置される制御音源と、
騒音源から出力される騒音を検出する第１マイクと、
前記制御点での音を検出する第２マイクと、
前記第１マイク及び前記第２マイクの検出結果に基づいて、前記騒音源から前記制御点までの伝達経路の特性を同定する第１同定手段と、
前記第２マイクの検出結果に基づいて、前記制御音源から前記制御点までの誤差経路の特性を同定する第２同定手段と、
前記伝達経路の特性及び前記誤差経路の特性に基づいて、前記直接騒音による伝達経路の特性、及び前記直接制御音による誤差経路の特性を取得する直接経路特性取得手段と、
前記直接騒音による伝達経路の特性、及び前記直接制御音による誤差経路の特性に基づいて、前記直接制御音と前記直接騒音とを前記制御点で位相干渉させて、前記直接騒音のみを低減するような制御フィルタを構成する制御フィルタ構成手段と、
前記第１マイクの検出結果及び前記制御フィルタに基づいて、前記制御音源の制御音をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と、
を備え、
前記直接経路特性取得手段は、前記伝達経路のインパルス応答波形及び前記誤差経路のインパルス応答波形から、窓関数を用いて、前記制御点に直接到達する到来方向が前記騒音及び前記制御音で一致する直接波成分をそれぞれ切り出して、前記直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形、及び前記直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形とするものであり、
前記制御フィルタ構成手段は、前記直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形から構成された直接伝達フィルタを介して出力される信号が、前記直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形から構成された直接誤差フィルタ、及び暫定制御フィルタを介して出力される信号に等しくなるように収束演算して前記暫定制御フィルタを構成し、構成した暫定制御フィルタに基づいて前記制御フィルタを構成すること、
を特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項２】
制御音を制御点へ出力し、前記制御点での騒音を制御する能動騒音制御装置であって、
出力する制御音のうち前記制御点に直接到達する直接制御音の到来方向が、前記制御点に直接到達する直接騒音の到来方向と同一となるように配置される制御音源と、
騒音源から出力される騒音を検出する第１マイクと、
前記制御点での音を検出する第２マイクと、
前記第１マイク及び前記第２マイクの検出結果に基づいて、前記騒音源から前記制御点までの伝達経路の特性を同定する第１同定手段と、
前記第２マイクの検出結果に基づいて、前記制御音源から前記制御点までの誤差経路の特性を同定する第２同定手段と、
前記伝達経路の特性及び前記誤差経路の特性に基づいて、前記直接騒音による伝達経路の特性、及び前記直接制御音による誤差経路の特性を取得する直接経路特性取得手段と、
前記直接騒音による伝達経路の特性、及び前記直接制御音による誤差経路の特性に基づいて、前記直接制御音と前記直接騒音とを前記制御点で位相干渉させて、前記直接騒音のみを低減するような制御フィルタを構成する制御フィルタ構成手段と、
前記第１マイクの検出結果及び前記制御フィルタに基づいて、前記制御音源の制御音をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と、
を備え、
前記制御フィルタ構成手段は、前記伝達経路のインパルス応答波形から構成された伝達フィルタを介して出力される信号が、前記誤差経路のインパルス応答波形から構成された誤差フィルタ、及び暫定制御フィルタを介して出力される信号に等しくなるように収束演算して前記暫定制御フィルタを構成し、前記直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形、及び前記直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形により形成される部分を前記暫定制御フィルタから切り出して前記制御フィルタを構成すること、
を特徴とする能動騒音制御装置。
【請求項３】
前記第１同定手段及び前記第２同定手段は、予め計測により前記伝達経路の特性及び前記誤差経路の特性を同定することを特徴とする請求項１又は２に記載の能動騒音制御装置。
【請求項４】
前記第１同定手段及び前記第２同定手段は、第１マイクの検出結果に前記制御フィルタ及び前記誤差経路のインパルス応答波形から構成された誤差フィルタを介して出力される信号、及び第１マイクの検出結果に前記伝達経路のインパルス応答波形から構成された伝達フィルタを介して出力される信号を、前記第２マイクの検出結果から差し引いた信号が最小となるよう収束演算して前記誤差フィルタ及び前記伝達フィルタを同定することを特徴とする請求項１又は２に記載の能動騒音制御装置。
【請求項５】
騒音源から出力される騒音を検出する第１マイクと、制御点での音を検出する第２マイクと、出力する制御音のうち前記制御点に直接到達する直接制御音の到来方向が、前記制御点に直接到達する直接騒音の到来方向と同一となるように配置される制御音源と、を有する能動騒音制御装置の能動騒音制御方法であって、
前記騒音源から前記制御点までの伝達経路の特性、及び前記制御音源から前記制御点までの誤差経路の特性に基づいて、前記直接騒音による伝達経路の特性、及び前記直接制御音による誤差経路の特性を取得する直接経路特性取得ステップと、
前記直接騒音による伝達経路の特性、及び前記直接制御音による誤差経路の特性に基づいて、前記直接制御音と前記直接騒音とを前記制御点で位相干渉させて、前記直接騒音のみを低減するような制御フィルタを構成する制御フィルタ構成ステップと、
前記第１マイクの検出結果及び前記制御フィルタに基づいて、前記制御音源の制御音をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御ステップと、
を備え、
前記直接経路特性取得ステップでは、前記伝達経路のインパルス応答波形及び前記誤差経路のインパルス応答波形から、窓関数を用いて、前記制御点に直接到達する到来方向が前記騒音及び前記制御音で一致する直接波成分をそれぞれ切り出して、前記直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形、及び前記直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形とするものであり、
前記制御フィルタ構成ステップでは、前記直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形から構成された直接伝達フィルタを介して出力される信号が、前記直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形から構成された直接誤差フィルタ、及び暫定制御フィルタを介して出力される信号に等しくなるように収束演算して前記暫定制御フィルタを構成し、構成した暫定制御フィルタに基づいて前記制御フィルタを構成する能動騒音制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動騒音制御装置及び能動騒音制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の能動騒音制御装置及び能動騒音制御方法として、制御音を出力する音源を用意し、出力した制御音を騒音に位相干渉させることで制御点での騒音を低減させるアクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ：Active  Noise  Control）を行うもの及び方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の装置は、陽解法により騒音源から制御点までの経路の特性を同定し、騒音源から制御点までの経路のインパルス応答のうち、反射することなく制御点に到達する騒音（騒音の直接音）によるインパルス応答のみを切り出して、フィードフォワード制御に用いる制御フィルタのフィルタ係数を演算するものである。陽解法とは、事前計測により経路特性の同定を行う方法であり、時不変性を有する経路特性の同定に採用される。
【特許文献１】特許第３６１５１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の能動騒音制御装置では、騒音の波長によっては消音効果を奏する空間的な領域が局所的となるおそれがある。このような課題に対して、一般的には制御点の数を増やすことが考えられるが、制御点の数を増加すると演算処理負荷が増加するため、高い演算処理能力が必要となる。
【０００４】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、制御点の数を増加することなく消音効果を奏する空間的な領域を拡張することができる能動騒音制御装置及び能動騒音制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、従来のように、制御点において良好な消音効果を奏することを目的として、騒音の直接音に対して制御音を位相干渉させる制御を行なうとともに当該制御音の反射音を位相干渉させる制御を行うと、制御点近傍以外の領域では制御音の位相がずれて位相干渉しないため、制御点近傍以外の領域では位相干渉しない制御音によって過大な音が出力されることとなり、結果、消音効果を奏する空間的な領域を狭くしていることを見出した。
【０００６】
そこで、本発明に係る能動騒音制御装置は、制御音を制御点へ出力し、制御点での騒音を制御する能動騒音制御装置であって、出力する制御音のうち制御点に直接到達する直接制御音の到来方向が、制御点に直接到達する直接騒音の到来方向と同一となるように配置される制御音源と、騒音源から出力される騒音を検出する第１マイクと、制御点での音を検出する第２マイクと、第１マイク及び第２マイクの検出結果に基づいて、騒音源から制御点までの伝達経路の特性を同定する第１同定手段と、第２マイクの検出結果に基づいて、制御音源から制御点までの誤差経路の特性を同定する第２同定手段と、伝達経路の特性及び誤差経路の特性に基づいて、直接騒音による伝達経路の特性、及び直接制御音による誤差経路の特性を取得する直接経路特性取得手段と、直接騒音による伝達経路の特性、及び直接制御音による誤差経路の特性に基づいて、直接制御音と直接騒音とを制御点で位相干渉させて、直接騒音のみを低減するような制御フィルタを構成する制御フィルタ構成手段と、第１マイクの検出結果及び制御フィルタに基づいて、制御音源の制御音をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを備えて構成される。
【０００８】
ここで、能動騒音制御装置において、直接経路特性取得手段は、伝達経路のインパルス応答波形及び誤差経路のインパルス応答波形から、窓関数を用いて、制御点に直接到達する到来方向が騒音及び制御音で一致する直接波成分をそれぞれ切り出して、直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形、及び直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形とするものであり、制御フィルタ構成手段は、直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形から構成された直接伝達フィルタを介して出力される信号が、直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形から構成された直接誤差フィルタ、及び暫定制御フィルタを介して出力される信号に等しくなるように収束演算して暫定制御フィルタを構成し、構成した暫定制御フィルタに基づいて制御フィルタを構成することが好適である。
【０００９】
また、能動騒音制御装置において、制御フィルタ構成手段は、伝達経路のインパルス応答波形から構成された伝達フィルタを介して出力される信号が、誤差経路のインパルス応答波形から構成された誤差フィルタ、及び暫定制御フィルタを介して出力される信号に等しくなるように収束演算して暫定制御フィルタを構成し、直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形、及び直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形により形成される部分を暫定制御フィルタから切り出して制御フィルタを構成してもよい。
本発明に係る能動騒音制御装置では、騒音の直接音及び制御音の直接音のみを能動騒音制御装置の制御対象とする。このため、制御点に到達する直接騒音、騒音の反射音、直接制御音、及び制御音の反射音のうち、直接制御音が直接騒音を効果的に打ち消すことができるとともに、制御音の反射音を打ち消すためにさらなる制御音を出力して制御点近傍以外の領域に過大な制御音を出力することを回避することが可能となる。よって、制御点での消音効果を奏する空間的な領域を拡張することができる。
【００１０】
また、能動騒音制御装置において、第１同定手段及び第２同定手段は、予め計測により伝達経路の特性及び誤差経路の特性を同定することが好適である。このように構成することで、時不変性を有する伝達経路及び誤差経路を予め同定し、インパルス応答波形から、騒音の直接成分の波形及び制御音の直接成分の波形を切り出して制御フィルタを構成することができる。
【００１１】
あるいは、能動騒音制御装置において、第１同定手段及び第２同定手段は、第１マイクの検出結果に制御フィルタ及び誤差経路のインパルス応答波形から構成された誤差フィルタを介して出力される信号、及び第１マイクの検出結果に伝達経路のインパルス応答波形から構成された伝達フィルタを介して出力される信号を、第２マイクの検出結果から差し引いた信号が最小となるよう収束演算して誤差フィルタ及び伝達フィルタを同定することが好適である。
【００１２】
このように構成することで、伝達経路が時変性を有する場合であっても、伝達経路を同定することができる。また、インパルス応答波形から窓関数を用いて直接騒音による伝達経路の特性、及び直接制御音による誤差経路の特性を同定することができる。これにより、直接騒音のみを直接制御音のみで位相干渉させる制御フィルタを生成することができる。また、制御フィルタの同定回路を、制御音源をフィードフォワード制御する実行回路と分離させた構成にすることにより、制御効果が直接的に同定回路の同定精度に影響することを回避することが可能となる。よって、制御フィルタをフィードフォワード制御に関わり無く自由に加工することができるため、インパルス応答波形から騒音の直接成分の波形及び制御音の直接成分の波形を切り出し、制御フィルタを構成することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る能動騒音制御方法は、騒音源から出力される騒音を検出する第１マイクと、制御点での音を検出する第２マイクと、出力する制御音のうち制御点に直接到達する直接制御音の到来方向が、制御点に直接到達する直接騒音の到来方向と同一となるように配置される制御音源と、を有する能動騒音制御装置の能動騒音制御方法であって、騒音源から制御点までの伝達経路の特性、及び制御音源から制御点までの誤差経路の特性に基づいて、直接騒音による伝達経路の特性、及び直接制御音による誤差経路の特性を取得する直接経路特性取得ステップと、直接騒音による伝達経路の特性、及び直接制御音による誤差経路の特性に基づいて、直接制御音と直接騒音とを制御点で位相干渉させて、直接騒音のみを低減するような制御フィルタを構成する制御フィルタ構成ステップと、第１マイクの検出結果及び制御フィルタに基づいて、制御音源の制御音をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御ステップとを備え、直接経路特性取得ステップでは、伝達経路のインパルス応答波形及び誤差経路のインパルス応答波形から、窓関数を用いて、制御点に直接到達する到来方向が騒音及び制御音で一致する直接波成分をそれぞれ切り出して、直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形、及び直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形とするものであり、制御フィルタ構成ステップでは、直接騒音による伝達経路のインパルス応答波形から構成された直接伝達フィルタを介して出力される信号が、直接制御音による誤差経路のインパルス応答波形から構成された直接誤差フィルタ、及び暫定制御フィルタを介して出力される信号に等しくなるように収束演算して前記暫定制御フィルタを構成し、構成した暫定制御フィルタに基づいて制御フィルタを構成する。
【００１４】
本発明に係る能動騒音制御方法によれば、上述した能動騒音制御装置と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御点の数を増加することなく消音効果を奏する空間的な領域を拡張することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
本実施形態に係る能動騒音制御装置は、騒音に対して制御音を出力し位相干渉させてキャンセルする、いわゆるアクティブ・ノイズ・コントロールを行う能動騒音制御装置である。
【００１８】
最初に、本実施形態に係る能動騒音制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る能動騒音制御装置を有する消音システムの構成を示す概略図である。図１に示すように、消音システム６は、例えばパーティション２１によって領域Ａと領域Ｂとに仕切られた室内のオフィスにおいて、領域Ａにある騒音源Ｓから出力される騒音を領域Ｂにおいて消音する場合に好適に採用されるものである。ここでは、消音システム６に備わる能動騒音制御装置が消音の目標とする地点を制御点Ｐとし、この制御点Ｐは領域Ｂ側に設定されている。なお、以下では、室内のオフィス内の音場は時変性を有するものであるとする。例えば、オフィスにおいて騒音源Ｓは移動するものとし、オフィス内では音速が変化するものとする。
【００１９】
消音システム６は、例えば、騒音源Ｓから出力される騒音を検出する参照マイクロフォン（第１マイク）１１、制御点Ｐでの音を検出する誤差マイクロフォン（第２マイク）１２、制御音を出力する制御スピーカ（制御音源）１３、制御スピーカ１３を制御するＤＳＰ（Digital Signal Processor）デバイス１４、及びＤＳＰデバイス１４に接続されるパソコン（不図示）を備えている。ここで、ＤＳＰとは、例えば、デジタル信号処理を高速に行うことができるアプリケーションプロセッサのことであり、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、アクセラレータ、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換回路、信号増幅回路、ハウリング抑制回路等を有している。そして、参照マイクロフォン１１、誤差マイクロフォン１２、制御スピーカ１３及びＤＳＰデバイス１４により能動騒音制御装置が構成されている。
【００２０】
参照マイクロフォン１１は、例えば騒音源Ｓの近傍に配置されており、騒音源Ｓから出力された騒音に対応してアナログ信号を出力する機能を有している。また、誤差マイクロフォン１２は、例えば制御点Ｐの近傍に配置されており、制御点Ｐに到来する音に対応してアナログ信号を出力する機能を有している。誤差マイクロフォン１２は、制御点Ｐに直接到達する騒音及び制御音のみならず、天井、壁、床等により反射されて到達する音を含んだ音を検出する機能を有している。また、参照マイクロフォン１１及び誤差マイクロフォン１２は、検出した音のアナログ信号を、ＤＳＰデバイス１４にそれぞれ出力可能に構成されている。
【００２１】
制御スピーカ１３は、騒音を打ち消すための制御音を出力する音源である。この制御スピーカ１３は、出力する制御音の直接成分（制御音の直接音Ｄ２）が、制御点Ｐにおいて騒音源Ｓから到来する騒音の直接成分（騒音の直接音Ｄ１）と同一の到来方向となるように配置されている。例えば、騒音源Ｓから出力され制御点Ｐに到達する騒音には、パーティション２１を回折して制御点Ｐに直接到達する騒音の直接音Ｄ１と、天井２３で反射されて制御点Ｐに到達する騒音（騒音の反射音Ｒ１）とが含まれている。制御スピーカ１３は、制御点Ｐにおいて、騒音の直接音Ｄ１の到来方向と制御音の直接音Ｄ２の到来方向とが一致するように、パーティション２１の上方において制御点Ｐ側に制御音を出力するように配置される。すなわち、騒音の直接音Ｄ１と制御音の直接音Ｄ２とが同一経路を辿り、制御点Ｐにおいて騒音の直接音Ｄ１の音波面と制御音の直接音Ｄ２の音波面とが重なるように、制御スピーカ１３は配置される。ここで、同一の到来方向とは、ほぼ同一の到来方向を含む意味であって、通常許容される設置誤差を含むものである。なお、制御スピーカ１３は、騒音の直接音Ｄ１に対して自動的に追従するように駆動可能に構成されていてもよい。また、制御スピーカ１３は、ＤＳＰデバイス１４と接続され、ＤＳＰデバイス１４の制御信号に応じて制御音を出力する機能を有している。
【００２２】
ＤＳＰデバイス１４は、参照マイクロフォン１１、誤差マイクロフォン１２、制御スピーカ１３及びパソコンに接続されている。そして、騒音源Ｓから制御点Ｐまでの経路（伝達経路）の音場特性Ｔを同定し、制御点Ｐにおける騒音信号を予測する機能を有している。また、ＤＳＰデバイス１４は、予測した騒音信号の逆位相の信号を生成し、制御スピーカ１３へ入力する機能を有している。これらの機能を実現するために、ＤＳＰデバイス１４は、伝達経路を同定する伝達経路同定部（第１同定手段）、制御スピーカ１３から制御点Ｐまでの経路（誤差経路）を同定する誤差経路同定部（第２同定手段）、騒音及び制御音の直接音のみを制御する直接音制御部（第１同定手段、第２同定手段、直接経路特性取得手段、制御フィルタ構成手段、フィードフォワード制御手段）を備えている。
【００２３】
最初に、誤差経路の音場特性Ｃを同定する誤差経路同定部の詳細について図２を用いて説明する。図２は、ＤＳＰデバイス１４が有する誤差経路同定部の制御回路を示すブロック図である。図２に示すように、ＤＳＰデバイス１４は、誤差経路の音場特性Ｃを同定するための誤差フィルタＣを有している。ここで、フィルタとは、設定されたフィルタ係数に基づいて入力信号に対して信号処理を行って、出力信号を生成するものであり、例えばＦＩＲ（Finite  Impulse  Response）フィルタが用いられる。なお、以下で述べるフィルタも同様である。そして、ＤＳＰデバイス１４は、同定のために、制御スピーカ１３から例えばＭ系列ノイズを出力させるための信号ｙ（ｔ）を出力する機能を有している。そして、同一の信号ｙ（ｔ）を誤差フィルタＣに入力し、その出力信号ｃ（ｔ）を演算する機能を有している。そして、誤差経路を辿って誤差マイクロフォン１２で収音されたＭ系列ノイズ信号ｅ（ｔ）から、演算した出力信号ｃ（ｔ）を電気的に差し引いた信号ｕ２（ｔ）を演算する機能を有している。そして、信号ｕ２（ｔ）の値が最小になるように誤差フィルタＣを構成する機能を有している。具体的には、信号ｕ２（ｔ）の値が最小となるように誤差フィルタＣの係数を決定し、誤差経路の音場特性Ｃを同定する機能を有している。
【００２４】
次に、伝達経路の音場特性Ｔを同定する伝達経路同定部の詳細について図３を用いて説明する。図３は、ＤＳＰデバイス１４が有する伝達経路同定部の制御回路を示すブロック図である。図３に示すように、ＤＳＰデバイス１４は、伝達経路の音場特性Ｔを同定するための伝達フィルタＴを有している。そして、ＤＳＰデバイス１４は、参照マイクロフォン１１から出力された騒音の信号ｘ（ｔ）を伝達フィルタＴに入力し、その出力信号ｐ（ｔ）を演算する機能を有している。そして、伝達経路を辿って誤差マイクロフォン１２で収音された騒音の信号ｅ（ｔ）から、演算した出力信号ｐ（ｔ）を電気的に差し引いた信号ｕ１（ｔ）を演算する機能を有している。そして、信号ｕ１（ｔ）の値が最小なるように伝達フィルタＴを構成する機能を有している。具体的には、信号ｕ１（ｔ）の値が最小となるように伝達フィルタＴのフィルタ係数を決定し、伝達経路の音場特性Ｔを同定する機能を有している。
【００２５】
次に、騒音及び制御音の直接音のみを制御する直接音制御部の詳細について図４を用いて説明する。図４は、ＤＳＰデバイス１４が有する直接音制御部の制御回路を示すブロック図である。図４に示すように、ＤＳＰデバイス１４は、伝達経路の音場特性Ｔを同定するための伝達フィルタＴ、誤差経路の音場特性Ｃを同定するための誤差フィルタＣ、伝達経路の音場において直接音による特性を同定するための直接伝達フィルタＴＤＲ、誤差経路の音場において直接音による特性を同定するための直接誤差フィルタＣＤＲ、制御スピーカ１３の制御音を制御するための制御フィルタＷ、Ｗを決定する暫定制御フィルタＷＤＲを備えている。
【００２６】
図４に示す回路Ｋ１において、伝達フィルタＴ及び誤差フィルタＣは、適応アルゴリズムによって各フィルタが有するフィルタ係数が自動的に調整されて更新される構成とされている。適応アルゴリズムとして、例えばＬＭＳ（Least  Mean  Square  algorithm）が用いられる。
【００２７】
誤差フィルタＣおよび伝達フィルタＴは、それぞれ初期値として、例えば、誤差経路同定部および伝達経路同定部が同定したフィルタ係数が設定される。そして、図４の回路Ｋ１は、参照マイクロフォン１１の出力信号ｘ（ｔ）に制御フィルタＷおよび位相反転装置Ｇを介して得られた信号ｙ（ｔ）が入力され誤差フィルタＣを介して出力された信号ｃ（ｔ）、及び参照マイクロフォン１１の出力信号ｘ（ｔ）が入力され伝達フィルタＴを介して出力された信号ｐ（ｔ）を、誤差マイクロフォン１２の出力信号ｅ（ｔ）から差し引いた信号ｕ（ｔ）を演算する機能を有している。そして、演算した信号ｕ（ｔ）が最小となるように、誤差フィルタＣおよび伝達フィルタＴを適応処理により更新する機能を有している。
【００２８】
また、直接音制御部は、同定された誤差経路特性Ｃに基づいて、誤差経路の音場において直接音による特性を示す直接誤差フィルタＣＤＲを切り出す機能を有している。さらに、直接音制御部は、同定された伝達経路特性Ｔに基づいて、伝達経路の音場において直接音による特性を示す直接伝達フィルタＴＤＲを切り出す機能を有している。具体的には、誤差経路特性Ｃのインパルス応答波形、及び伝達経路特性Ｔのインパルス応答波形から、互いの到来方向が一致する直接成分のみを切り出す機能を有している。そして、切り出した直接成分に基づいて、直接誤差フィルタＣＤＲ及び直接伝達フィルタＴＤＲを用いて、直接音のみからなる仮想的な空間を実現する回路Ｋ２において、暫定制御フィルタＷＤＲを設定する機能を有している。
【００２９】
回路Ｋ２において、暫定制御フィルタＷＤＲは、適応アルゴリズムによってフィルタが有するフィルタ係数が自動的に調整されて更新される構成とされている。適応アルゴリズムとして、例えばＬＭＳ（Least  Mean  Square  algorithm）が用いられる。
【００３０】
誤差フィルタＣは、初期値として所定値が与えられる。そして、回路Ｋ２に含まれるＬＭＳは、参照マイクロフォン１１の出力信号ｘ（ｔ）が入力され直接誤差フィルタＣＤＲを介して出力された信号ｒ（ｔ）を入力する機能を有している。また、信号ｘ（ｔ）が入力され直接伝達フィルタＴＤＲを介して出力された信号ｑ（ｔ）から、信号ｒ（ｔ）が入力され暫定制御フィルタＷＤＲを介して出力された信号ｓ（ｔ）を電気的に差し引いた信号ｕ３（ｔ）の値が最小となるように暫定制御フィルタＷＤＲを適応により更新する機能を有している。
【００３１】
また、直接音制御部は、暫定制御フィルタＷＤＲに基づいて制御フィルタＷを構成する機能を有している。例えば、暫定制御フィルタＷＤＲを制御フィルタＷにコピーする機能を有している。また、回路Ｋ３において、直接音制御部は、制御フィルタＷを介した制御信号を逆位相とする変換機Ｇを備えている。そして、制御フィルタＷに基づいて、参照マイクロフォン１１からの出力信号ｘ（ｔ）に対して、騒音の直接波Ｄ１のみを打ち消すための制御信号を生成し、生成した制御信号を変換機Ｇにより逆位相の信号ｙ（ｔ）に変換して、制御スピーカ１３から出力する機能を有している。
【００３２】
このように、能動騒音制御装置は、実空間である回路Ｋ１において制御フィルタＷを直接生成するのではなく、仮想空間である回路Ｋ２において暫定制御フィルタＷＤＲを設定し、暫定制御フィルタＷＤＲに基づいて制御フィルタＷを生成するように構成されている。
【００３３】
次に、本実施形態に係る能動騒音制御装置を有する消音システム６の作用効果を説明する。
【００３４】
図１に示すように騒音の直接波Ｄ１と制御音の直接波Ｄ２との制御点Ｐでの到来方向が同一となるように、制御スピーカ１３が設置されている。そして、騒音制御を実行する前に、例えばＤＳＰデバイス１４の制御信号に応じたＭ系列ノイズが制御スピーカ１３から出力される。図２に示すように、出力されたＭ系列ノイズ信号は、誤差経路を辿って誤差マイクロフォン１２に到達し収音され、電気信号ｅ（ｔ）に変換される。変換された電気信号ｅ（ｔ）は、ＤＳＰデバイス１４へ入力される。そして、誤差経路同定部により、減算結果ｕ（ｔ）が最小となるように誤差経路の特性Ｃが同定される。
【００３５】
次に、騒音が騒音源Ｓから出力される。あるいは擬似的に想定する騒音に近いノイズを出力するスピーカを備え、ノイズを出力してもよい。同定のための騒音には、後述する直接成分の切り取りを考慮して広帯域信号であることが好ましい。出力された騒音は、参照マイクロフォン１１で収音され、電気信号ｘ（ｔ）に変換される。図３に示すように、変換された電気信号ｘ（ｔ）は、ＤＳＰデバイス１４へ入力される。一方、騒音源Ｓから出力された騒音は、伝達経路を辿って誤差マイクロフォン１２に到達し収音され、電気信号ｅ（ｔ）に変換される。変換された電気信号ｅ（ｔ）は、ＤＳＰデバイス１４へ入力される。そして、伝達経路同定部により、減算結果ｕ（ｔ）が最小となるように伝達経路の特性Ｔが同定される。
【００３６】
次に、制御対象の騒音が騒音源Ｓから出力される。図４に示すように、出力された騒音は、参照マイクロフォン１１で収音され、電気信号ｘ（ｔ）に変換される。変換された電気信号ｘ（ｔ）は、ＤＳＰデバイス１４へ入力される。回路Ｋ３において、電気信号ｘ（ｔ）は、誤差経路同定部において設定された制御フィルタＷを介して電気信号ｘ´（ｔ）となり、さらに変換機Ｇを介して逆位相の信号ｙ（ｔ）となる。信号ｙ（ｔ）は、制御信号として制御スピーカ１３から出力される。すると、出力された制御音は、制御点Ｐにおいて、騒音と逆位相となり互いに位相干渉して打ち消される。このように、ＤＳＰデバイス１４により、騒音に対応した制御音が制御スピーカ１３から出力されて、制御点Ｐにおいて消音効果を奏するようにフィードフォワード制御が行われる。
【００３７】
そして、制御点Ｐにおいて互いに相殺されない騒音及び制御音は、誤差マイクロフォン１２で収音され、電気信号ｅ（ｔ）に変換される。変換された電気信号ｅ（ｔ）は、ＤＳＰデバイス１４へ入力される。一方、回路Ｋ１において、制御信号ｙ（ｔ）は、誤差フィルタＣを介して電気信号ｃ（ｔ）に変換される。また、参照マイクロフォン１１から出力された電気信号ｘ（ｔ）は、伝達フィルタＴを介して電気信号ｐ（ｔ）に変換される。ここで、回路Ｋ１により、誤差マイクロフォン１２で収音された音に対応した電気信号ｅ（ｔ）から、電気信号ｃ（ｔ）及び電気信号ｐ（ｔ）が電気的に減算され、減算結果として電気信号ｕ（ｔ）が生成される。なお、電気信号ｐ（ｔ）は、騒音の影響を除くために電気信号ｅ（ｔ）から減算されている。この電気信号ｕ（ｔ）が制御信号ｙ（ｔ）と等しくなるように、誤差フィルタＣが例えばＬＭＳにより調整される。これにより、誤差経路の音場特性Ｃが温度変化等により、時間的に変動したとしても、その変動に追従するように誤差フィルタＣを更新して同定することができる。
【００３８】
そして、誤差フィルタＣの更新と同時に、回路Ｋ１のＬＭＳにより、演算結果の電気信号ｕ（ｔ）と信号ｘ（ｔ）とが等しくなるように、伝達フィルタＴが調整される。なお、電気信号ｃ（ｔ）は、制御音の影響を除くために電気信号ｅ（ｔ）から減算されている。これにより、伝搬経路の音場特性Ｔが、例えば温度変化により変化したり、騒音源Ｓが移動したりすることにより時間的に変動したとしても、その変動に追従するように伝達フィルタＴを更新して同定することができる。
【００３９】
回路Ｋ１において、誤差フィルタＣ及び伝達フィルタＴが同定されると、例えば図５に示すように、誤差経路及び伝達経路のインパルス応答波形が生成される。図５は、直接音制御部の一部動作を説明するための概略図である。図５の（ａ）に示すように、伝達経路のインパルス応答波形Ｓ１（上図）及び誤差経路のインパルス応答波形Ｓ２（下図）が生成される。騒音源Ｓから制御点Ｐまでの経路が伝達経路であるので、伝達経路のインパルス応答波形Ｓ１には、制御点Ｐに直接到達する騒音を示す波形成分Ｓ１１と、反射されて到達する騒音を示す波形成分Ｓ１２が存在している。同様に、制御スピーカ１３から制御点Ｐまでの経路が誤差経路であるので、誤差経路のインパルス応答波形Ｓ２には、制御点Ｐに直接到達する制御音を示す波形成分Ｓ２１と、反射されて到達する制御音を示す波形成分Ｓ２２が存在している。
【００４０】
伝達経路及び誤差経路のインパルス応答波形Ｓ１，Ｓ２が生成されると、各インパルス応答波形に対して、窓関数Ｈが掛けられ、制御点Ｐに直接到達する制御音を示す波形成分と、制御点Ｐに直接到達する騒音を示す波形成分のみが切り出される。この窓関数Ｈは、騒音と制御音の互いの到来方向が一致する箇所に掛けられる。以下、窓関数Ｈについて具体的に説明する。直接音は一般的に最初に制御点Ｐに到来するため、インパルス応答波形の中で最大振幅の成分を含むものが直接音の成分となる。また、後続の反射音成分は一般的に直接音成分とは時間的に十分分離して到達する。このため、時刻ゼロから開始するとともに、最大振幅の波形部分を含み後続の顕著な反射音成分を含まないように、所定の時間が経過した時点で終了する時間窓Ｈを掛ける。この窓関数Ｈとして、例えば矩形窓が用いられる。またブラックマン・ハリス窓、ハミング窓等を用いてもよい。各インパルス応答波形Ｓ１，Ｓ２の直接成分Ｓ１１，Ｓ２１の切り出しが終了すると、切り出したインパルス応答波形Ｓ１１，Ｓ２１から、制御音の直接音成分による直接誤差特性ＣＤＲ、騒音の直接音成分による直接伝達特性ＴＤＲを生成する。
【００４１】
直接誤差特性ＣＤＲ及び直接伝達特性ＴＤＲが生成されると、図４の回路Ｋ２において、参照マイクロフォン１１からの出力信号ｘ（ｔ）は、直接誤差特性ＣＤＲを介して電気信号ｒ（ｔ）に変換される。そして、電気信号ｒ（ｔ）は、暫定制御フィルタＷＤＲを介して電気信号ｓ（ｔ）に変換される。一方、参照マイクロフォン１１からの出力信号ｘ（ｔ）は、直接伝達特性ＴＤＲを介して電気信号ｑ（ｔ）に変換される。ここで、電気信号ｑ（ｔ）から、電気信号ｓ（ｔ）が電気的に減算され、減算結果として電気信号ｕ３（ｔ）が生成される。この電気信号ｕ３（ｔ）が最小となるように、暫定制御フィルタＷＤＲがＬＭＳにより調整される。そして、例えば、図５の（ｂ）に示す暫定制御フィルタＷＤＲの波形が生成される。このように、直接誤差特性ＣＤＲ及び直接伝達特性ＴＤＲを用いて、伝達経路及び誤差経路が直接音のみからなるという仮想空間を回路Ｋ２で実現し、騒音の直接波のみを制御音の直接波のみで位相干渉させて打ち消しあうように暫定制御フィルタＷＤＲの波形を生成することができる。
【００４２】
そして、仮想空間において暫定制御フィルタＷＤＲが生成されると、生成された暫定制御フィルタＷＤＲは、前述したフィードフォワード制御の制御フィルタＷとして使用される。すなわち、実空間においては、騒音源Ｓからの直接音の信号Ｓ１１と、制御スピーカ１３からの直接音の信号Ｓ２１のみが一致するように制御フィルタＷが生成されることとなる。そして、フィードフォワード制御が行われると、図５の（ｃ）に示すように、制御点Ｐにおいて、騒音の直接音Ｓ１１、反射音Ｓ１２、制御音の直接音Ｓ２１、反射音Ｓ２２のうち、騒音の直接音Ｓ１１と制御音の直接音Ｓ２１とが相殺され、騒音の直接音が低減される。
【００４３】
ところで、従来の能動騒音制御装置では、制御点Ｐでの消音効果を効率的に発揮させるために、騒音の直接音のみを消音対象とするとともに、制御点Ｐでの消音効果をより効率的に発揮させるために、制御音の反射音を打ち消す制御を行っている。具体的に図７を用いて説明する。図７の（ａ）は制御音の波形Ｓ２１、（ｂ）は制御点Ｐでの音の波形、（ｃ）は制御点Ｐ周辺での音の波形を示している。従来であれば、図７の（ｂ）に示すように、制御点Ｐにおいて直接騒音Ｓ１１に対応する制御音Ｓ２１を出力していた。そして、制御音Ｓ２１の反射音についても、制御点Ｐにおいて相殺されるように、（ａ）に示すように制御音Ｓ２１を出力していた。このため、制御点Ｐにおいては、騒音の反射音であるＳ１２以外の音は相殺されて良好な消音効果を奏していた。しかしながら、（ｃ）に示すように、制御点Ｐの周囲の領域においては、制御音Ｓ２１の経路がずれてしまうため、互いに位相干渉せずにむしろ増音されてしまう。
【００４４】
これに対して、本実施形態に係る能動騒音制御装置によれば、騒音の直接音のみを小さくするように、伝達経路の直接音による特性ＴＤＲ、誤差経路の直接音による特性ＣＤＲを用いて制御音を制御するための制御フィルタＷを構成するため、反射音を計算上無視して、制御点Ｐにおいて、騒音の直接音成分Ｓ１１と制御音の直接成分Ｓ２１とを位相干渉させる制御フィルタＷを構成することができる。具体的に図６を用いて説明する。図６の（ａ）は制御音の波形Ｓ２１、（ｂ）は制御点Ｐでの音の波形、（ｃ）は制御点Ｐ周辺での音の波形を示している。（ａ）に示すように、制御フィルタＷにより、制御スピーカ１３からは騒音の直接成分Ｓ１１に対応する制御音Ｓ２１のみしか出力されない。これにより、（ｂ）に示すように、制御点Ｐにおいて制御音の反射音Ｓ２２、騒音の反射音Ｓ１２が残ってしまうので、従来のように制御音の反射音Ｓ２２をも考慮した制御を行なう場合に比べて消音効果は減少する。しかしながら、（ｃ）に示すように、制御点Ｐの周囲の領域においては、制御音の反射音Ｓ２２を打ち消すための制御音Ｓ２１が存在しないため、騒音の直接成分Ｓ１１を消音した効果は、制御点Ｐでの消音効果と同一となる。よって、制御点Ｐの数を増加することなく消音効果を奏する空間的な領域を拡張することができる。
【００４５】
上述した本実施形態に係る能動騒音制御装置によれば、騒音の直接音Ｓ１１及び制御音の直接音Ｓ２１のみを能動騒音制御装置の制御対象とするため、制御音の反射音を打ち消すためにさらなる制御音を出力し、制御点Ｐ近傍以外の領域に過大な制御音を出力することを回避することが可能となる。よって、制御点Ｐでの消音効果を奏する空間的な領域を前後方向や奥行き方向に拡張することができる。すなわち、制御点Ｐの上流側においても消音効果を奏することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る能動騒音制御装置によれば、インパルス応答波形Ｓ１，Ｓ２から窓関数Ｈを用いて直接騒音Ｓ１１による伝達経路の特性ＴＤＲ、及び直接制御音Ｓ２１による誤差経路の特性ＣＤＲを同定することができる。これにより、直接騒音Ｓ１１のみを直接制御音Ｓ２１のみで位相干渉させる暫定制御フィルタＷＤＲを生成することができる。また、制御フィルタＷの同定回路Ｋ２を、制御スピーカ１３をフィードフォワード制御する実行回路Ｋ３と分離させた構成にすることにより、制御結果が直接的に同定回路Ｋ１の同定精度に影響することを回避することが可能となる。よって、制御フィルタＷをフィードフォワード制御に関わり無く自由に加工することができるため、インパルス応答波形Ｓ１から騒音の直接成分の波形Ｓ１１及び制御音の直接成分の波形Ｓ２１を切り出し、制御フィルタＷを構成することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態に係る能動騒音制御装置によれば、直接音制御回路が、制御信号ｙ（ｔ）が入力され誤差フィルタＣを介して出力される信号ｃ（ｔ）と、参照マイクロフォン１１の出力信号ｘ（ｔ）が入力され伝達フィルタＴを介して出力される信号ｐ（ｔ）との総和の信号が、誤差マイクロフォン１２の検出信号ｅ（ｔ）と等しくなるように収束演算して伝達フィルタＴを同定することができる。このため、伝達経路が時変性を有する場合であっても、伝達経路の同定が可能であり、同定したインパルス応答波形Ｓ１，Ｓ２から、騒音の直接成分の波形Ｓ１１及び制御音の直接成分の波形Ｓ２１を切り出して、制御フィルタＷを構成することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係る能動騒音制御装置によれば、騒音の直接成分及び制御音の直接成分のみを制御対象とすることで消音効果を奏する空間的な領域を拡張している。このため、人の会話レベル（５００〜１０００Ｈｚ）のように比較的高周波数領域の音の消音に対しても有効であるとともに、従来、可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の中で消音領域の拡張が困難とされていた高周波領域においても消音効果を奏する空間的な領域を拡張することができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態は本発明に係る能動騒音制御装置の一例を示すものである。本発明に係る能動騒音制御装置は、実施形態に係る能動騒音制御装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る能動騒音制御装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５０】
例えば、上述した実施形態では、伝達経路及び誤差経路が時変性を有する場合を説明したが、伝達経路若しくは誤差経路が時不変性を有する場合には、時不変性を有する伝達経路の特性Ｔ及び誤差経路の特性Ｃを予め測定により同定し、同定したインパルス応答波形Ｓ１，Ｓ２から、騒音の直接成分の波形Ｓ１１及び制御音の直接成分の波形Ｓ２１を切り出して制御フィルタＷを構成することができる。なお、このように時不変性を有する音場を消音する場合であって、伝達経路同定部及び誤差経路同定部を備える場合には、直接音制御部において伝達経路及び誤差経路を適応させる回路Ｋ１は備えなくてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、伝達経路及び誤差経路の直接音による特性ＴＤＲ、ＣＤＲを同定し、同定した特性ＴＤＲ、ＣＤＲを用いて回路Ｋ２からなる仮想空間において暫定制御フィルタＷＤＲを生成する例を説明したが、伝達経路及び誤差経路の特性Ｔ，Ｃから暫定的に制御フィルタＷを生成した後に、制御フィルタＷから伝達経路及び誤差経路の直接音による特性ＴＤＲ、ＣＤＲに対応する部分を切り出して制御フィルタＷとする場合であってもよい。なお、上記実施形態に示すように、暫定制御フィルタＷＤＲを直接生成する場合の方が、制御フィルタＷ自体を生成後加工する場合に比べて、演算に必要なリソースの低減を図ることができる。
【００５２】
また、上述した実施形態では、伝達経路の特性Ｔ及び誤差経路の特性Ｃの初期値を伝達経路同定部及び誤差経路同定部により同定する例を説明したが、伝達経路同定部及び誤差経路同定部は、収束演算の収束性を向上させるために備わるものであるので、システムに要求される性能によっては備えなくてもよい。
【実施例１】
【００５３】
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
【００５４】
（実施例１）
図８に示す能動騒音制御装置を有する消音システムを用いた。騒音源Ｓを模擬スピーカ１６で代用し、模擬スピーカ１６の設置点から２ｍの位置に制御点Ｐを設けた。また、模擬スピーカ１６をＤＳＰデバイス１４と接続し、模擬スピーカ１６から出力される騒音を参照マイクロフォン１１で収音し、ＤＳＰデバイス１４へ入力する構成を擬似的に構成した。また、制御点Ｐの近傍に誤差マイクロフォン１２を設けた。また、制御スピーカ１３は模擬スピーカ１６の設置点近傍に配置し、制御点Ｐにおいて、模擬スピーカ１６が出力する直接騒音Ｄ１の到来方向と、制御スピーカ１３が出力する直接制御音Ｄ２の到来方向とを同一とした。また、模擬スピーカ１６と制御点Ｐとの間に騒音及び制御音を反射する反射面１７を設けた。そして、ＤＳＰデバイス１４の演算により、伝達経路のインパルス応答波形Ｓ１と、誤差経路のインパルス応答波形Ｓ２を生成した。結果を図９に示す。そして、インパルス応答波形Ｓ１，Ｓ２に窓関数Ｈを掛けて、直接波成分ＴＤＲ，ＣＤＲを切り取り、回路Ｋ２を用いて暫定制御フィルタＷＤＲを生成し、制御フィルタＷとした。暫定制御フィルタＷＤＲの波形を図１０に示す。そして、生成した制御フィルタＷを用いてフィードフォワード制御を行なった。
【００５５】
（比較例１）
図８に示す能動騒音制御装置のＤＳＰデバイス１４において、窓関数Ｈを掛けず、伝達経路のインパルス応答波形Ｓ１と誤差経路のインパルス応答波形Ｓ２から制御フィルタＷを直接生成した点以外は実施例１と同様とした。生成した制御フィルタＷの波形を図１１に示す。
【００５６】
そして、実施例１の装置及び比較例１の装置を用いて、制御点Ｐからの距離に依存した消音効果を確認した。なお、消音効果の評価は、制御音を出力した場合としない場合において、音圧レベル（ｄＢ）の差とした。
【００５７】
図１２，１３は、制御音を出力した場合としない場合において音圧レベル（ｄＢ）の差を濃淡で表現した図である。図１３に示すように、比較例１の能動騒音制御装置は、制御点Ｐにおいて消音効果が良好であるが、５００ｍｍ以上離れると逆に増音される。これに対して、図１２に示すように、実施例１の能動騒音制御装置は、制御点Ｐ近傍において消音効果が比較例１に比べてわずかに劣るが、周囲２ｍにおいて消音効果が確認された。このように、制御点Ｐの消音効果を奏する空間的な領域が、前後奥行き方向に拡張されることが確認された。さらに、制御点Ｐの上流側においても、消音効果を奏する空間的な領域が拡張されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る能動騒音制御装置を有する消音システムの概要図である。
【図２】本実施形態に係る誤差経路同定部の制御回路を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る伝達経路同定部の制御回路を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係る直接音制御部の制御回路を示すブロック図である。
【図５】図４に示す直接音制御部の動作を説明するための概要図である。
【図６】図４に示す直接音制御部の動作を説明するための概要図である。
【図７】従来の能動騒音制御装置の動作を説明するための概要図である。
【図８】実施例に用いた能動騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】実施例における伝達経路及び誤差経路を示すインパルス応答波形の演算結果である。
【図１０】実施例における暫定制御フィルタの波形の演算結果である。
【図１１】比較例における制御フィルタの波形の演算結果である。
【図１２】実施例における消音効果を視覚的に示す実験結果である。
【図１３】比較例における消音効果を視覚的に示す実験結果である。
【符号の説明】
【００５９】
１１…参照マイクロフォン（第１マイク）、１２…誤差マイクロフォン（第２マイク）、１３…制御スピーカ（制御音源）、１４…ＤＳＰデバイス（第１同定手段、第２同定手段、直接経路特性取得手段、制御フィルタ構成手段、フィードフォワード制御手段）。
【図１】
0005646806.tif 000002
【図２】
0005646806.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005646806.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005646806.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005646806.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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