(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカの背面にある第１の領域において、前記スピーカが放射する第１の音を、減衰させる能動騒音制御装置であって、
制御信号に対応して振動することによって、第２の音を前記第１の領域へ放射し、前記第２の音と逆位相となる第３の音を、前記スピーカの前面にある第２の領域へ放射する振動部と、
前記スピーカへ入力される前記第１の音に関する電気信号を、前記スピーカから取得する信号取得部と、
前記第１の領域において前記第１の音が前記第２の音により減衰され、前記第２の領域において前記第１の音と前記第３の音との合成音が所望の周波数特性となるよう、前記信号取得部が取得した電気信号の振幅と位相を、予め格納された制御パラメータに基づいて調整し、当該調整した電気信号を前記制御信号として、前記振動部に出力する制御部とを備える、能動騒音制御装置。
【請求項２】
前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する信号検出マイクをさらに備え、
前記信号取得部は、前記第１の音に関する電気信号に代え、前記信号検出マイクが出力する電気信号を取得する、請求項１に記載の能動騒音制御装置。
【請求項３】
前記制御信号により前記振動部が発生した音を前記信号検出マイクが拾うことによって、前記信号検出マイクが後に出力すると予測される擬似エコー信号を、前記制御信号から生成するエコーキャンセラー部と、
前記信号取得部が取得した電気信号から前記擬似エコー信号を減算する減算器とをさらに備え、
前記制御部は、前記信号取得部が取得した信号に代え、前記減算器が出力する電気信号の振幅と位相を調整した前記制御信号を生成する、請求項２に記載の能動騒音制御装置。
【請求項４】
前記第１の領域の音を検出し、電気信号として出力する第１検出マイクと、
前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクとをさらに備え、
前記制御部は、前記第１の音に関する電気信号と前記第１検出マイクが出力する電気信号と前記第２検出マイクが出力する電気信号に基づき、前記制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項５】
前記第１の領域の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部と、
前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクとをさらに備え、
前記制御部は、前記第１の音に関する電気信号と前記振動検出部が出力する電気信号と前記第２検出マイクが出力する電気信号に基づき、前記制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項６】
前記信号取得部は、前記スピーカの音響出力特性を設定する特性設定信号をさらに取得し、
前記制御部は、前記特性設定信号から前記音響出力特性を検出し、検出した前記音響出力特性に合わせて前記制御パラメータを更新する処理特性更新部を含む、請求項１乃至５のいずれか記載の能動騒音制御装置。
【請求項７】
前記第１の領域の音を検出し、電気信号として出力する第３検出マイクをさらに備え、
前記制御部は、前記第３検出マイクが検出する音を減衰させるよう、前記制御パラメータを更新する処理特性更新部を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項８】
前記第１の領域の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記振動検出部が検出する振動を減衰させるよう、前記制御パラメータを更新する処理特性更新部を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項９】
前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第４検出マイクをさらに備え、
前記制御部は、前記第４検出マイクが検出する合成音が所望の周波数特性となるよう、前記制御パラメータを更新する処理特性更新部を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１の領域での前記第１の音と前記第２の領域での前記第１の音との位相差と、前記第２の音と前記第３の音との位相差との差がＮ×３６０度（Ｎは整数）となる周波数においては前記第１の音の振幅と位相が変化しないように、前記信号取得部が取得した電気信号の振幅と位相を調整する、請求項１乃至９のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項１１】
前記第２の音が前記第２の領域へ伝播するのを防止し、かつ前記第３の音が前記第１の領域へ伝搬するのを防止するバッフル部をさらに備える請求項１乃至１０のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項１２】
前記第１の領域と前記第２の領域との間にあり、前記第２の音が前記振動部から伝播する閉空間を、少なくとも前記振動部および前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界壁面により構成することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
【請求項１３】
第１の部屋に配置されたスピーカが放射する音を、境界壁面を介して前記第１の部屋に隣接する第２の部屋において減衰させる能動騒音制御装置を設置する方法であって、
少なくとも前記境界壁面および振動部により形成される閉空間を設けて、前記第２の部屋と前記スピーカとの間に請求項１乃至１１のいずれかに記載の能動騒音制御装置を設置する、設置方法。
【請求項１４】
第１の部屋に設置されるスピーカと、
境界壁面を介して前記第１の部屋に隣接する第２の部屋と前記スピーカとの間に設置される請求項１乃至１１のいずれかに記載の能動騒音制御装置と、
少なくとも前記第１の部屋の前記境界壁面、及び前記能動騒音制御装置により形成される閉空間とで構成される、音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定空間の音響特性を所望特性に制御する能動騒音制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ画面の大型化、高精細化とともに、テレビの薄型化が急速に進んでいる。従来、テレビはテレビ台あるいはスタンドへ設置することが一般的であったが、テレビの薄型化によりテレビを壁に掛けて設置できるようになった。今後、テレビが更なる薄型化すると共に、テレビを壁に掛けて設置するユーザが増えることが予想される。
【０００３】
テレビを壁に掛けて設置すると、室内空間を有効に活用できる利点がある。その一方、テレビが設置された壁面を介して接する隣室では、従来の設置方法に比べ、音源であるテレビ内蔵スピーカが壁面に近くなる。このため、この内蔵スピーカから隣室に漏れてくる音がより大きくなる。
【０００４】
図２８は、一般的な住宅の壁の音響透過損失特性の例として、集合住宅の内壁構造として広く採用される石膏ボード（１２ｃｍ厚）２重構造の音響透過損失特性を示したものである。これによると、高い周波数の音は、音響透過損失が大きいため、音漏れが小さいのに対し、低い周波数の音は、音響透過損失が小さいため、音漏れが大きくなる。したがって、隣室においては、特に、低い周波数の音の漏れを低減することが課題となる。
【０００５】
また、テレビを薄型にすると、内蔵スピーカを小型薄型にする必要があるが、小型薄型のスピーカは低い周波数の音を十分なレベルで出力できない。このため、近年の壁掛けテレビは、大画面、高精細の映像に比べ、迫力ある音が提供することが難しく、視聴者に違和感を生じさせていた。したがって、視聴者が存在する空間では、逆に、低い周波数の音圧レベルを上げることが課題となる。
【０００６】
このように、テレビの進化、特に薄型化によって、視聴者が存在する空間では低い周波数の音圧レベルを上げ、その隣室の空間では低い周波数の音圧レベルを低減する、という相反するニーズが生じている。従来、所定領域で所望の音響出力特性を実現し、異なる所定領域で音を消す技術として、例えば特許文献１にその構成が公開されている。
【０００７】
図２９は、特許文献１に示される拡声装置の構成を示すブロック図である。従来の拡声装置は、第１の信号処理手段１ａと、第２の信号処理手段１ｂと、遅延器２と、第１の音源３ａと、第２の音源３ｂと、第１の検出器４ａと、第２の検出器４ｂと、加算器５とを備える。第１の信号処理手段１ａは、音響信号を入力する。第２の信号処理手段１ｂは、第１の信号処理手段１ａで処理された信号を入力する。遅延器２は、音響信号を入力し、音響信号に任意の遅延制御を施し出力する。第１の音源３ａは、第１の信号処理手段１ａで処理された信号を音響出力する。第２の音源３ｂは、第２の信号処理手段１ｂで処理された信号を音響出力する。なお、第１の音源３ａと第２の音源３ｂは、それぞれ第１の信号処理手段１ａ、第２の信号処理手段１ｂで処理された信号に基づいて変換された音のみを出力する理想的なスピーカを想定している。第１の検出器４ａは、第１の音源３ａの近傍に設置して第１の音源３ａの放射音を検出する。第２の検出器４ｂは、第２の音源３ｂの近傍に設置して第２の音源３ｂの放射音を検出する。加算器５は、遅延器２の出力と第１の検出器４ａの出力とを加算処理し、第１の信号処理手段１ａに入力する。以下、図２９の拡声装置の動作について説明する。
【０００８】
遅延器２には、音響信号が第１の信号処理手段１ａに入力されてから第１の検出器４ａが音響を検出するまでに要する時間とほぼ同じ時間の遅延量が設定されている。第１の信号処理手段１ａは加算器５の出力が小さくなるように音響信号を制御し、第１の音源３ａと第２の信号処理手段１ｂとに出力する。第２の信号処理手段１ｂは第２の検出器４ｂの出力が小さくなるように第１の信号処理手段１ａの出力を制御し、第２の音源３ｂに出力する。
【０００９】
以上の動作によって、第１の検出器４ａの出力と遅延器２の出力の和が零に近づく。すなわち、第１の検出器４ａの位置では、音響信号を位相反転し所定時間だけ遅らせた音圧が得られる。したがって、所望の音響信号の逆位相の信号を与えておけば、第１の音源３ａは、第１の検出器４ａの位置で所望の音響特性を有する音を放射することが出来る。
【００１０】
一方、第２の検出器４ｂの出力は零に近づく。すなわち、第２の検出器４ｂの位置では、第１の音源３ａから放射された音が第２の音源３ｂの放射音によって打ち消される。
【００１１】
よって、図２９に示される構成から成る拡声装置は、第１の検出器４ａで検出される放射音を所望の音響特性にすることができると同時に、第２の検出器４ｂで検出される放射音を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−３２４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の発明を、先に示したニーズ、すなわち視聴者が存在する空間では低い周波数の音圧レベルを上げ、隣室の空間では低い周波数の音圧レベルを低減するというニーズに適用することは難しい。一般に、周波数の低い音は、指向性が弱く、全方位に広がる性質がある。したがって、周波数の低い音を放射する２つの音源が互いに近い位置にあると、各放射音が形成する音圧分布の一致度合いが高まるため、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることは困難となる。
【００１４】
図３０は、この理由を詳細に説明するための図面である。図３０は、第１の音源３ａと第２の音源３ｂがそれぞれ周波数の低い音を放射し、それぞれの音が全方位に広がったため、第１の検出器４ａと第２の検出器４ｂの両方に伝播した例を示している。図３０中の符号の意味は以下の通りである。
Ｓ1：第１の音源３ａから第１の検出器４ａに伝播した音波
Ｓ2：第２の音源３ｂから第２の検出器４ｂに伝播した音波
ＤＳ1：第１の音源３ａから第２の検出器４ｂに伝播した音波
ＤＳ2：第２の音源３ｂから第１の検出器４ａに伝播した音波
Ｄ：第１の音源３ａと第２の音源３ｂとの間の距離
ｄ1：第１の音源３ａと第１の検出器４ａとの間の距離（音波Ｓ1の伝播経路長）
ｄ2：第２の音源３ｂと第２の検出器４ｂとの間の距離（音波Ｓ2の伝播経路長）
なお、第１の検出器４ａは第１の音源３ａの近傍に設置され、第２の検出器４ｂは第２の音源３ｂの近傍に設置されているので、ｄ1及びｄ2は同じ距離ｄであるとする。
【００１５】
また、第１の検出器４ａによって検出される音波Ｓ1の強さをＩ1、第２の検出器４ｂによって検出される音波Ｓ2の強さをＩ2、第２の検出器４ｂによって検出される音波ＤＳ1の強さをＤＩ1、第１の検出器４ａによって検出される音波ＤＳ2の強さをＤＩ2、第１の検出器４ａの位置での所望の音波の強さをＩとする。そして、音波ＤＳ1の伝播経路長をＬ1、音波ＤＳ2の伝播経路長をＬ2とする。なお、図３０に示した空間において、音波伝播特性が均一である場合、音波ＤＳ1と音波ＤＳ2の経路長は同じとなる。このときのＬ1及びＬ2をＬとする。
【００１６】
ここで、音波は、距離の２乗に反比例して減衰するので、（数１）および（数２）が成り立つ。ただし、（数１）および（数２）におけるδはｄ／Ｌの２乗であり、δを減衰率と呼ぶ。
【００１７】
【数１】
0005562860.tif 000002
【００１８】
【数２】
0005562860.tif 000003
【００１９】
このとき、第２の検出器４ｂの場所において、音波Ｓ2が音波ＤＳ1を打ち消すためには、第２の検出器４ｂの場所において、音波Ｓ2の位相は音波ＤＳ1の位相の逆となり、ＤＩ1とＩ2が等しくなければならない。したがって、以下の（式３）が成り立つ。
【００２０】
【数３】
0005562860.tif 000004
【００２１】
このように、第２の音源３ｂが、第２の検出器４ｂの場所において音波ＤＳ1を打ち消すような音波Ｓ2を放射したとする。このとき、音波ＤＳ1と音波Ｓ2の経路長の差は、音波ＤＳ2と音波Ｓ1の経路長の差と等しいことから、第１の検出器４ａの場所においても、音波Ｓ1の位相は音波ＤＳ2の位相の逆となる。したがって、第１の検出器４ａが検出する音波の強さＩrは、（数２）及び（数３）を利用して、以下の（数４）のように表される。
【００２２】
【数４】
0005562860.tif 000005
【００２３】
このＩrが所望の強さＩとなるためには、Ｉ1が以下の（数５）で表される値とならなければならない。
【００２４】
【数５】
0005562860.tif 000006
【００２５】
ここで、第１の音源３ａと第２の音源３ｂとの間の距離Ｄが短い場合、δが１に近づくので、第１の音源３ａは非常に大きい音を放射する必要が生じる。ところが、第１の音源３ａが放射できる音の強さには限界があるので、その限界を超えない程度の距離Ｄを確保しなければならない。したがって、距離Ｄが短いと、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることはできない。
【００２６】
以上の理由により、テレビ内蔵スピーカとして、第１の音源３ａと第２の音源３ｂに相当する２つのスピーカを離して設置する構成としなければならない。これは、テレビの厚みを増加してしまうため、テレビの壁掛けによって室内空間を有効に活用できるという壁掛けテレビの利点に相反する。
【００２７】
それ故に、本発明は、音を制御する２つの音源を近づけて設置でき、かつ、所定の位置で音圧レベルを低減すると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることを目的とする。特に、本発明は、低い周波数の音圧レベルを、所定の位置で低減させると同時に、異なる位置で上げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。本発明の能動騒音制御装置は、スピーカの背面にある第１の領域において、スピーカが放射する第１の音を、減衰させる能動騒音制御装置であって、制御信号に対応して振動することによって、第２の音を第１の領域へ放射し、第２の音と逆位相となる第３の音を、スピーカの前面にある第２の領域へ放射する振動部と、スピーカへ入力される第１の音に関する電気信号をスピーカから取得する信号取得部と、第１の領域において第１の音が第２の音により減衰され、第２の領域において第１の音と第３の音との合成音が所望の周波数特性となるよう、信号取得部が取得した電気信号の振幅と位相を、予め格納された制御パラメータに基づいて調整し、当該調整した電気信号を制御信号として、振動部に出力する制御部とを具備する。
【００２９】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する信号検出マイクをさらに備えるとよい。そして、前述した信号取得部は、第１の音に関する電気信号に代え、信号検出マイクが出力する電気信号を取得するとよい。
【００３０】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、制御信号により振動部が発生した音を信号検出マイクが拾うことによって、信号検出マイクが後に出力すると予測される擬似エコー信号を、制御信号から生成するエコーキャンセラー部と、信号取得部が取得した電気信号から擬似エコー信号を減算する減算器とをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、信号取得部が取得した信号に代え、減算器が出力する電気信号の振幅と位相を調整した制御信号を生成するとよい。
【００３１】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音を検出し、電気信号として出力する第１検出マイクと、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクとをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第１の音に関する電気信号と第１検出マイクが出力する電気信号と第２検出マイクが出力する電気信号に基づき、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を含むとよい。
【００３２】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部と、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクとをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第１の音に関する電気信号と振動検出部が出力する電気信号と第２検出マイクが出力する電気信号に基づき、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を含むとよい。
【００３３】
さらに、前述した信号取得部は、スピーカの音響出力特性を設定する特性設定信号を取得するとよい。そして、前述した制御部は、特性設定信号から音響出力特性を検出し、検出した音響出力特性に合わせて制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
【００３４】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音を検出し、電気信号として出力する第３検出マイクをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第３検出マイクが検出する音を減衰させるよう、制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
【００３５】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部をさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、振動検出部が検出する振動を減衰させるよう、制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
【００３６】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第４検出マイクをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第４検出マイクが検出する合成音が所望の周波数特性となるよう、制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
【００３７】
さらに、前述した制御部は、第１の領域での第１の音と第２の領域での第１の音との位相差と、第２の音と第３の音との位相差との差が略Ｎ×３６０度（Ｎは整数）となる周波数においては第１の音の振幅と位相が変化しないように、信号取得部が取得した電気信号の振幅と位相を調整するとよい。
【００３８】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第２の音が第２の領域へ伝播するのを防止し、かつ第３の音が第１の領域へ伝搬するのを防止するバッフル部をさらに具備するとよい。
【００３９】
さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域と第２の領域との間にあり、第２の音が振動部から伝播する閉空間を、少なくとも振動部および第１の領域と第２の領域との間の境界壁面により構成するとよい。
【００４０】
また、本発明の能動騒音制御装置の設置方法は、第１の部屋に配置されたスピーカが放射する音を、境界壁面を介して第１の部屋に隣接する第２の部屋において減衰させる能動騒音制御装置を設置する方法であって、少なくとも境界壁面および振動部により形成される閉空間を設けて、第２の部屋とスピーカとの間に本発明の能動騒音制御装置を設置するとよい。
【００４１】
また、本発明の音響システムは、第１の部屋に設置されるスピーカと、境界壁面を介して第１の部屋に隣接する第２の部屋とスピーカとの間に設置される本発明の能動騒音制御装置と、少なくとも第１の部屋の境界壁面、及び本発明の能動騒音制御装置で形成される閉空間とを具備する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の能動騒音制御装置は、制御部からの制御信号により、スピーカからの音に合わせて振動部を振動させることによって、第１の領域において所定音を減衰させ、第１の領域とは異なる第２の領域において所定音を所望の音質にすることが出来る。しかも、振動部が第１の領域と第２の領域において逆相の音波を放射することができるので、スピーカと振動部を近接して設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態における能動騒音制御装置２００の配置の一例を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における制御部２２０の内部構成を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態におけるスピーカ１５０の放射音の指向特性と位相状態を示す図
【図５】本発明の第１の実施形態における振動部２７０の放射音の指向特性と位相状態を示す図
【図６】本発明の第１の実施形態におけるテレビ１００及び制御パラメータ設定部２３０を備えた能動騒音制御装置２００ａの内部構成の一例を示す図
【図７】本発明の第１の実施形態における制御パラメータ設定部２３０を備えた制御部２２０ａの内部構成を示す図
【図８】スピーカ１５０と振動板２７１がそれぞれ周波数の低い音を放射し、第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２の両方に伝播した例を示す図
【図９】本発明の第１の実施形態の能動騒音制御装置２００ａの動作により、第１検出マイク２３１が検出した音の特性の変化を示す図
【図１０】本発明の第１の実施形態の能動騒音制御装置２００ａの動作により、第２検出マイク２３２が検出した音の特性の変化を示す図
【図１１】本発明の第１の実施形態における装置の配置の一例を示す図
【図１２】本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す図
【図１３】本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す図
【図１４】本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す図
【図１５】本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す図
【図１６】本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｂ及び能動騒音制御装置２００ｂの内部構成の一例を示す図
【図１７】本発明の第１の実施形態における装置の配置の一例を示す図
【図１８】本発明の第２の実施形態におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｃの内部構成を示す図
【図１９】本発明の第２の実施形態における制御部２２０ｃの内部構成を示す図
【図２０】本発明の第２の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｄの内部構成を示す図
【図２１】本発明の第２の実施形態の変形例における制御部２２０ｄの内部構成を示す図
【図２２】本発明の第２の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｄの内部構成を示す図
【図２３】本発明の第２の実施形態の変形例における制御部２２０ｄの内部構成を示す図
【図２４】本発明の第２の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｄの内部構成を示す図
【図２５】本発明の第３の実施形態におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００ｅの内部構成を示す図
【図２６】本発明の第３の実施形態における制御部２２０ｅの内部構成を示す図
【図２７】本発明の第３の実施形態における発生する音の周波数と各検出マイクが検出する音の位相差との関係を示す図
【図２８】住宅内壁の音響透過損失特性の例を示す図
【図２９】本発明の先行例の構成を示す図
【図３０】第１の音源３ａと第２の音源３ｂがそれぞれ周波数の低い音を放射し、第１の検出器４ａと第２の検出器４ｂの両方に伝播した例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における能動騒音制御装置の配置を示す。図１の左図は、テレビの横から見た側面図であり、右図は、テレビの正面から見た正面図である。
【００４５】
図１において、能動騒音制御装置２００は、境界壁面３００に近接して設置され、テレビ１００は能動騒音制御装置２００に固定される。能動騒音制御装置２００は、視聴室３０１において、低い周波数の音圧レベルを上げた所望の特性にテレビ音声を改善する機能を有する。さらに、能動騒音制御装置２００は、隣室３０２において、テレビ音声の音圧レベル、特に低い周波数のテレビ音声の音圧レベルを低減する機能を有する。
【００４６】
図２に、テレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成を示す。図２において、能動騒音制御装置２００は、境界壁面３００との間に空隙３０３を空けて設置される。テレビ１００は、外部出力部１１０とスピーカ１５０とを備える。能動騒音制御装置２００は、信号取得部２１０と制御部２２０と振動部２７０とを備える。振動部２７０は、振動板２７１と加振器２７２とを備える。
【００４７】
スピーカ１５０は、テレビ１００の音声を出力する。図２において、スピーカ１５０はテレビ１００に内蔵される形で記載されているが、テレビ１００に外付けされていてもテレビ１００と分離していてもよい。外部出力部１１０は、既存のテレビが通常備えている音響出力端子に該当し、テレビ１００の音声に関する音響信号を電気信号として出力する。
【００４８】
信号取得部２１０は、テレビ１００の外部出力部１１０の出力を取得する。制御部２２０は、信号取得部２１０が取得した信号を所定の振幅位相特性に補正する処理を行う。図３は、制御部２２０の内部構成を示す。図３において、制御部２２０は、ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２とを備える。ＦＩＲフィルタ２２１は、入力信号を所定の振幅位相特性に補正して出力する。反転器２２２は、入力信号の位相を反転する。
【００４９】
図２において、加振器２７２は、振動板２７１の表面に貼付されており、制御部２２０からの制御信号に対応して振動板２７１の面外方向に振動を加える。これにより、振動板２７１は表裏双方向に音を放射する。能動騒音制御装置２００は、視聴室３０１の領域内において、テレビ１００の音声出力を所望特性に改善し、空隙３０３の領域内において、テレビ１００の音声出力を消去する。
【００５０】
空隙３０３は、図１の正面図および図２に示されるように、振動板２７１、境界壁面３００、天井３１０、床面３１１、側壁３１２によって密閉された閉空間である。空隙３０３は密閉されることにより音場として均一となるため、能動騒音制御装置２００は、振動板２７１の一点のみを制御すれば、領域３０３の音場を制御できる。したがって、能動騒音制御装置２００が空隙３０３の領域全体でテレビ１００の音声出力を消すことは容易となる。
【００５１】
次に、図４、図５を用いて、スピーカ１５０から放射される音と、能動騒音制御装置２００から放射される音との位相状態について説明する。スピーカ１５０は通常、テレビ１００の画面と同じ向き（正面方向）に取り付けられており、正面方向へ音を放射する。しかし、周波数が低いほど音の回折現象によって背面方向へも音が伝搬する。その結果、スピーカ１５０からの低周波数の放射音は、図４に示されるように、スピーカ１５０を中心として同位相で一様に伝搬する。また、能動騒音制御装置２００も、振動板２７１の振動によって領域３０１、領域３０３の双方向に音を放射する。しかし、各々の領域から見た振動板２７１の振動が互いに逆位相であるため、放射音も逆位相の関係となる。その結果、能動騒音制御装置２００からの低周波数の放射音は、図５に示すように振動板２７１を中心として領域３０１と領域３０３の双方向に互いに逆位相の音が伝搬する。
【００５２】
次に、能動騒音制御装置２００の動作について説明する。信号取得部２１０は、スピーカ１５０に出力される音響信号を、テレビ１００の外部出力部１１０から取得する。信号取得部２１０が取得する音響信号は、図示されていない視聴者によるテレビ１００の出力設定に基づくものである。この音響信号は、放送波から分離された音響信号に限らず、例えばブルーレイ録画再生機のような外部機器からテレビ１００に入力される音響信号も含まれる。また、この音響信号は、アナログ信号であっても、デジタル信号であってもよい。
【００５３】
信号取得部２１０は、取得した音響信号を制御部２２０に出力する。制御部２２０は、領域３０１においてスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００の放射音との合成音が上述した所望の特性になり、領域３０２においてスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００の放射音が互いに打ち消しあうように、入力信号を所定の振幅位相特性に補正した制御信号を生成し、生成した制御信号を出力する。制御部２２０が出力する制御信号は、必要に応じて図示しない増幅器で所定レベルに増幅され、加振器２７２に入力される。
【００５４】
ここで、制御部２２０の制御パラメータの設定方法について説明する。図６は、制御部２２０ａが制御パラメータを設定するために必要な構成を含むテレビ１００及び能動騒音制御装置２００ａの内部構成の一例を示す。能動騒音制御装置２００ａは、信号取得部２１０と制御部２２０ａと振動部２７０と第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２とを備える。制御部２２０ａは、制御パラメータ設定部２３０を備える。
【００５５】
第１検出マイク２３１は、領域３０１に設置され、スピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ａの放射音の合成音を検出し、電気信号として出力する。第２検出マイク２３２は、領域３０３に設置され、スピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ａの放射音の合成音を検出し、電気信号として出力する。スピーカ１５０には、放送波等の音響信号では無く、ホワイトノイズ等の広帯域の参照信号が入力される。外部出力部１１０と信号取得部２１０は、図２に示された構成と同じ動作をするため、説明を省略する。
【００５６】
制御パラメータ設定部２３０には、信号取得部２１０からの出力に加えて、第１検出マイク２３１の出力と第２検出マイク２３２の出力が入力される。そして、それらの入力に基づいて制御部２２０ａの制御パラメータ、具体的にはＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数を更新するよう動作する。図７は、制御部２２０ａの内部構成を示す。図７において、制御パラメータ設定部２３０は、第１伝達関数模擬フィルタ２３４と第２伝達関数模擬フィルタ２３５と所望特性模擬フィルタ２３６と減算器２３７と適応更新部２３８とを備える。ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２は、図３に示された構成と同じ動作をするため、説明を省略する。
【００５７】
第１伝達関数模擬フィルタ２３４は、信号取得部２１０が出力した信号に、加振器２７２の入力から第１検出マイク２３１の出力までの誤差経路特性を畳み込んだ濾波参照信号ｘ1（ｎ）（ｎはサンプリング時刻）を生成する。第１伝達関数模擬フィルタ２３４は、ＦＩＲフィルタであり、加振器２７２の入力から第１検出マイク２３１の出力までの伝達関数インパルス応答を離散化した値が係数として与えられる。第２伝達関数模擬フィルタ２３５は、信号取得部２１０が出力した信号に、加振器２７２の入力から第２検出マイク２３２の出力までの誤差経路特性を畳み込んだ濾波参照信号ｘ2（ｎ）（ｎはサンプリング時刻）を生成する。第２伝達関数模擬フィルタ２３５も同様で、加振器２７２の入力から第２検出マイク２３２の出力までの伝達関数インパルス応答を離散化した値が係数として与えられる。所望特性模擬フィルタ２３６は、信号取得部２１０が出力した信号に、領域３０１で実現したい音響特性を畳み込んだ参照信号を生成する。所望特性模擬フィルタ２３６もＦＩＲフィルタであり、領域３０１で実現したい音響特性のインパルス応答を離散化した値が係数として与えられる。減算器２３７が出力する、所望特性模擬フィルタ２３６の出力と第１検出マイク２３１の出力の差分は、上述する所望特性に対する領域３０１の音圧特性の誤差に相当する。
【００５８】
適応更新部２３８は、サンプリング時刻ｎにおける減算器２３７の出力ｅ1(n)と第２検出マイク２３２の出力ｅ2(n)がともに小さくなるように、下記の（数６）のＥ(n)を最小とするＦＩＲフィルタのフィルタ係数を求める。
【００５９】
【数６】
0005562860.tif 000007
【００６０】
適応更新部２３８は、次式で表されるＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ  ＬＭＳアルゴリズムに基づき、ＦＩＲフィルタのフィルタ係数を計算し、ＦＩＲフィルタ２２１に逐次設定する。
【００６１】
【数７】
0005562860.tif 000008
【００６２】
ただし、（数７）の各変数は以下の内容を表す。
ｎ：サンプリング時刻
Ｇ（ｋ）：サンプリング時刻ｋにおいてＦＩＲフィルタ２２１に設定するフィルタ係数
μ1、μ2：更新の大きさの程度を制御する所定値
ｘ1（ｎ）：Ｇのタップ数と同じ大きさで、サンプリング時刻ｎにおける第１伝達関数模擬フィルタ２３４の出力ベクトル
ｘ2（ｎ）：Ｇのタップ数と同じ大きさで、サンプリング時刻ｎにおける第２伝達関数模擬フィルタ２３５の出力ベクトル
【００６３】
よって、第２検出マイク２３２の出力と減算器２３７の出力が十分小さくなり、ＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数が収束したときには、（数８）で示すように、領域３０１では、参照信号により発生するスピーカ１５０の放射音と参照信号により発生する能動騒音制御装置２００ａの放射音の合成音が、所望特性模擬フィルタ２３６に与えられた特性にほぼ一致する。そして、（数９）で示すように、領域３０３では、参照信号により発生するスピーカ１５０の放射音が、参照信号により発生する能動騒音制御装置２００ａの放射音により消される。
【００６４】
【数８】
0005562860.tif 000009
【００６５】
【数９】
0005562860.tif 000010
【００６６】
ただし、（数８）、（数９）の各変数は以下の内容を表す。
Ｇ：（数７）が収束したときのＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数
Ｃ1：加振器２７２の入力から第１検出マイク２３１の出力までの伝達関数
Ｃ2：加振器２７２の入力から第２検出マイク２３２の出力までの伝達関数
Ｈ1：スピーカ１５０の入力から第１検出マイク２３１の出力までの伝達関数
Ｈ2：スピーカ１５０の入力から第２検出マイク２３２の出力までの伝達関数
Ｔ：所望特性の伝達関数
【００６７】
図３のＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数には、図７のＦＩＲフィルタ２２１の収束したフィルタ係数が設定される。このように、制御部２２０ａの制御パラメータを設定すれば、図２の領域３０１において合成音が上述した所望の特性にほぼ一致し、領域３０３においてスピーカ１５０の放射音が能動騒音制御装置２００の放射音により消される。
【００６８】
ここで、スピーカ１５０の放射音の位相と能動騒音制御装置２００の放射音の位相との関係が、（数７）におけるＧの収束性に与える影響について説明する。上述したように、周波数の低い音を放射する２つの音源が互いに近い位置にあると、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることは極めて困難となる。すなわち、（数７）で示されるＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ  ＬＭＳアルゴリズムにおいて、Ｇを収束させることが困難であり、収束したとしても係数の制御精度が低いものとなる。
【００６９】
しかし、図２の構成では、図５に示したように、能動騒音制御装置２００の放射音は領域３０１への放射音と、領域３０３への放射音の位相が逆位相の関係である。よって、２つの音源が近接しているにも関わらず、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げるよう、制御パラメータを調整することは十分可能である。
【００７０】
図８は、この理由を詳細に説明するための図面である。図８では、スピーカ１５０が周波数の低い音を放射したことにより、その音が全方位に広がっており、第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２の両方に伝播している。そして、振動板２７１が第１検出マイク２３１の方向と第２検出マイク２３２の方向では逆位相となる周波数の低い音を放射し、それぞれの音が第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２の両方に伝播している。図８中の符号の意味は以下の通りである。
Ｓ1：スピーカ１５０から第１検出マイク２３１に伝播した音波
Ｓ2：振動板２７１から第２検出マイク２３２に伝播した音波
ＤＳ1：スピーカ１５０から第２検出マイク２３２に伝播した音波
ＲＤＳ2：振動板２７１から第１検出マイク２３１に伝播した音波
Ｄ：スピーカ１５０と振動板２７１との間の距離
ｄ1：スピーカ１５０と第１検出マイク２３１との間の距離（音波Ｓ1の伝播経路長）
ｄ2：振動板２７１と第２検出マイク２３２との間の距離（音波Ｓ2の伝播経路長）
なお、説明の便宜上、図３０の説明と同様、ｄ1及びｄ2は同じ距離ｄであるとする。
【００７１】
また、第１検出マイク２３１によって検出される音波Ｓ1の強さをＩ1、第２検出マイク２３２によって検出される音波Ｓ2の強さをＩ2、第２検出マイク２３２によって検出される音波ＤＳ1の強さをＤＩ1、第１検出マイク２３１によって検出される音波ＲＤＳ2の強さをＤＩ2、第１検出マイク２３１の位置での所望の音波の強さをＩとする。そして、音波ＤＳ1の伝播経路長をＬ1、音波ＲＤＳ2の伝播経路長をＬ2とする。なお、図８に示した空間において、音波伝播特性が均一である場合、音波ＤＳ1と音波ＲＤＳ2の経路長はほぼ同じとなる。このときのＬ1及びＬ2をＬとする。
【００７２】
このとき、上述した（数１）〜（数３）の関係式は成り立つ。ここで、振動板２７１が、第２検出マイク２３２の場所において音波ＤＳ1を打ち消すような音波Ｓ2を放射したとする。この場合も、音波ＤＳ1と音波Ｓ2の経路長の差は、音波ＲＤＳ2と音波Ｓ1の経路長の差と等しい。しかし、音波ＲＤＳ2と音波Ｓ2の位相が反対であることから、第１検出マイク２３１の場所において、音波Ｓ1の位相は音波ＲＤＳ2の位相と同じとなる。このため、第１検出マイク２３１が検出する音波の強さＩrは、（数２）及び（数３）を利用して、以下の（数１０）のように表される。
【００７３】
【数１０】
0005562860.tif 000011
【００７４】
したがって、このＩrが所望の強さＩとなるためには、Ｉ1が以下の（数１１）で表される値であればよい。
【００７５】
【数１１】
0005562860.tif 000012
【００７６】
したがって、スピーカ１５０と振動板２７１との間の距離Ｄによってδが変化しても、Ｉ1はＩ以下の値として求めることができる。言い換えれば、（数７）で示されるＬＭＳアルゴリズムにおいて、Ｇを容易に収束させることができ、収束した係数は精度が高いものとなる。
【００７７】
つぎに、本発明の効果について説明する。図９、図１０は、図６の能動騒音制御装置２００ａが制御を実行した場合と実行しなかった場合のそれぞれについて、第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２が検出する音圧レベルの測定結果の一例を示す。この例では、領域３０１において、低域成分（１００〜２００Ｈｚ）のレベルを６ｄＢ上昇させるような目標特性があらかじめ所望特性模擬フィルタ２３６に与えられている。図９は、領域３０１において、低域成分（１００〜２００Ｈｚ）の音圧レベルが上昇していることを示している。一方、図１０は、領域３０３において、低域成分（１００〜６００Ｈｚ）の音圧レベルが低下していることを示している。したがって、能動騒音制御装置２００ａは、特定の領域において、スピーカ１５０の放射音を、低域成分の音圧レベルを上げた所望の特性に改善できると同時に、別の領域においてスピーカ１５０の放射音を消すことができるといえる。
【００７８】
なお、制御パラメータ設定部２３０の動作によって制御パラメータが設定される時のみ、図６に示される第１検出マイク２３１、第２検出マイク２３２は、制御部２２０ａに取り付けられ、その後取り外されてもよい。また、第１検出マイク２３１、第２検出マイク２３２は、制御部２２０ａに取り付けられたままにしておき、継続的に制御パラメータ設定部２３０を動作させ、制御パラメータを更新してもよい。
【００７９】
また、本発明の能動騒音制御装置２００ａは、第２検出マイク２３２に代えて、境界壁面３００の振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部を備えてもよい。この場合、制御パラメータ設定部２３０は、第２検出マイク２３２の出力に代えて、振動検出部の出力を入力し、制御パラメータを設定する。境界壁面３００は、領域３０３からの音波によって振動が励起されるため、境界壁面３００の振動と領域３０３の音圧とは高い相関を示すからである。
【００８０】
なお、本発明の能動騒音制御装置２００の構成は、図１及び図２に示されるように、振動板２７１が天井３１０、床面３１１、側壁３１２により、領域３０３を密閉する構造に限らない。例えば、図１１に示されるように、振動板２７１と、天井３１０、床面３１１、側壁３１２との間に隙間を設けることによって、空隙３０３が完全な密閉空間とならなくなっても、能動騒音制御装置２００は空隙３０３において低域成分の音圧レベルを下げることは可能である。ただし、空隙３０３が音場として均一でなくなるので、能動騒音制御装置２００は、領域３０３の音場全体を制御するには、振動板２７１の複数点を制御することが必要となる。ゆえに、能動騒音制御装置２００は、複数の振動部２７０を備えなければならない。したがって、振動板２７１、境界壁面３００、天井３１０、床面３１１、側壁３１２から形成される空隙３０３は閉空間に近い空間であることが、能動騒音制御装置２００の構造を単純化できるため、望ましい。
【００８１】
さらに、能動騒音制御装置２００は、図１２に示されるように、振動板２７１を小さくし、振動板２７１の形にあわせて開けられた部分に振動板２７１が取り付けてあるバッフル板２８０を含む構成としてもよい。この構成では、加振器２７２が振動させる振動板２７１の面積が小さくなるので、加振器２７２として小型の圧電素子などが使用されても良くなり、制御信号の増幅レベルも抑えることができる。なお、このバッフル板２８０により、低周波数の放射音の回折が防止されるので、能動騒音制御装置２００の領域３０１への放射音と領域３０３への放射音とが、それぞれ回折し、互いに打ち消しあうことはない。
【００８２】
また、振動部２７０は、図１３に示されるように、図１２の振動板２７１、加振器２７２に代えて、スピーカユニット２７５を備えてもよい。スピーカユニットは、通常のスピーカと異なり、逆位相の音の漏れを防止するスピーカボックスを有しないので、スピーカユニットによっても本発明と同様の効果を実現することができる。
【００８３】
上記の構成によって、スピーカユニットや圧電素子のように広く利用されるデバイスを用いれば、本発明の効果を損なうこと無く、装置コストを抑えることが出来る。
【００８４】
また、図１４に示されるように、バッフル板２８０の代わりに、振動板２７１から領域３０１へ放射される音が伝播する空間を覆う形で箱型バッフル板２８１を構成しても良い。この構成では、振動板２７１から領域３０１へ放射される音が若干領域３０３へ回折することにより（図１４中の一点鎖線）、音漏れを防ぐ効果は小さくなる。しかし、バッフル構造の面積が小さくなるので、装置コストを抑えることが出来る。
【００８５】
さらに、図１５に示されるように、境界壁面３００に沿って振動部を複数個配置する構成にしても良い。この場合、各振動部２７０ｘ〜２７０ｚに合わせて制御部２２０ｘ〜２２０ｚが設けられる。このような構成にすれば、領域３０３が閉空間でなかったとしても、領域３０３のより広い範囲でスピーカ１５０からの放射音を消すことが出来るので、隣室３０２へ漏れる音をより少なくすることが出来る。
【００８６】
また、本発明の能動騒音制御装置２００は、テレビの音響信号を外部出力部１１０から取得して、領域３０１〜３０３に放射される音の制御を行っている。しかし、テレビが外部出力部１１０を備えなくても、能動騒音制御装置がスピーカ１５０の前にマイクを備え、そのマイクがテレビの音声出力を検出することによって同様の制御を行うことが可能である。図１６を用いて、このような本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。図１６は、外部出力部１１０を備えないテレビ１００ｂと能動騒音制御装置２００ｂとの内部構成図である。
【００８７】
能動騒音制御装置２００ｂは、信号取得部２１０ｂと制御部２２０と振動部２７０とエコーキャンセラー部２５０と減算器２５１と信号検出マイク２５２とを備える。ここで、図２と同じ符号を付しているものは、図２における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。信号検出マイク２５２は、スピーカ１５０の近傍に設置され、スピーカ１５０からの放射音等を検出し、電気信号として出力する。信号取得部２１０ｂは、信号検出マイク２５２が出力した電気信号を取得する。エコーキャンセラー部２５０は、制御信号により振動部２７０が発生した音を信号検出マイク２５２が拾うことによって、信号検出マイク２５２が後に出力する電気信号を予測する。そして、エコーキャンセラー部２５０は、その予測される電気信号を擬似エコー信号として生成する。このために、エコーキャンセラー部２５０は、加振器２７２の入力から信号検出マイク２５２の出力までの伝達関数と同じ特性で処理するようにあらかじめ設計されている。そして、エコーキャンセラー部２５０は、制御部２２０からの制御信号を上述した特性で処理することによって、擬似エコー信号を生成する。そして、生成した擬似エコー信号を減算器２５１に出力する。減算器２５１は、信号取得部２１０ｂの出力信号から擬似エコー信号を減算して、制御部２２０に出力する。
【００８８】
能動騒音制御装置２００ｂは、以上の構成を備えることにより、テレビが外部出力部１１０を備えなくても、能動騒音制御装置２００と同じ動作を実現することができる。したがって、能動騒音制御装置２００ｂは既存のテレビにも十分適用可能である。さらに、能動騒音制御装置２００ｂは、テレビ１００ｂの内部回路の特性と無関係に、能動騒音制御装置２００と同じ動作を実現することができる。なお、エコーキャンセラー部２５０と減算器２５１の動作により、制御信号により振動部２７０が発生した音を信号検出マイク２５２が拾うことによって発生するエコーが除去される。したがって、エコーにより制御部２２０の出力が発散する危険はない。
【００８９】
なお、図６の第１検出マイク２３１と図１６の信号検出マイク２５２は、スピーカ１５０の背面もしくは側面に配置され、テレビ１００ｂに内蔵されていてもよい。この場合、信号検出マイク２５２は、スピーカ１５０が放射する音の回折音と、振動部２７０が領域３０１に向けて放射する音との合成音を検出する。さらに、スピーカ１５０が放射する音に比べて振動部２７０が放射する音が十分小さいなど、エコーキャンセラーが必要のない場合、図１６において、能動騒音制御装置２００ｂは、エコーキャンセラー部２５０及び減算器２５１を構えなくてもよい。
【００９０】
また、本発明の第１の実施形態では、能動騒音制御装置２００をテレビに適用した例について説明したが、適用範囲はテレビに限定されない。たとえば、オーディオシステム、カラオケ店舗、会議場、結婚式場、学校、予備校などにおいて、隣室では音漏れを防止し、視聴室では音響等を所望の特性に改善する用途にも本発明は適用可能である。図１７は、これらの用途への適用例を示す。図１７に示す配置では、能動騒音制御装置２００の前に、テレビ１００の代わりにスピーカシステム１５１が設置されている。スピーカシステム１５１は、図示しないコンテンツ再生機器、マイク等から音響信号を受けて領域３０１に対して音響等を出力する。同時に、能動騒音制御装置２００は、コンテンツ再生機器、マイク等から音響信号を受け、領域３０１でスピーカシステム１５１の放射音を所望の特性に改善すると同時に、領域３０２ではスピーカシステム１５１の放射音を消す。
【００９１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、スピーカ１５０等に出力する音響信号と同じ信号が、能動騒音制御装置２００の信号取得部２１０により取得されることが前提となっていた。しかし、テレビは通常、ユーザの音量やイコライザ等の設定に合わせて、放送波等から得られる音響信号の音響出力特性を調整し、調整された信号をスピーカ１５０等に出力する。そこで、図１８に示される構成により、当該音響出力特性の調整に対応出来るようにしても良い。図１８において、テレビ１００ｃは、外部出力部１１０ｃと、出力特性設定受信部１２０と、出力特性設定送信部１２１と、出力特性制御部１３０と、スピーカ１５０とを備える。能動騒音制御装置２００ｃは、信号取得部２１０ｃと、制御部２２０ｃと、振動部２７０とを備える。ここで、図２と同じ符号を付しているものは、第１の実施形態と同じ動作をするため、説明を省略する。
【００９２】
出力特性設定送信部１２１は、ユーザが設定した音響出力特性に関する信号を、無線通信もしくは赤外線通信によりテレビ１００ｃに送信する。出力特性設定受信部１２０は、出力特性設定送信部１２１からの信号を受信する。出力特性制御部１３０は、出力特性設定受信部１２０が受信した信号に含まれる出力特性設定に対応して、音響信号を処理する。外部出力部１１０ｃは、音響信号ばかりでなく、出力特性設定受信部１２０が受信した信号も電気信号として出力する。信号取得部２１０ｃは、テレビ１００ｃの外部出力部１１０ｃの出力を取得する。制御部２２０ｃは、出力特性設定受信部１２０が受信した信号を参照し、スピーカ１５０が出力する音響の出力特性に合わせて適切な振幅位相特性に補正した制御信号を生成し、振動部２７０を制御する。制御部２２０ｃの詳細は後述する。
【００９３】
図１９は、制御部２２０ｃの内部構成を示す。制御部２２０ｃは、ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２と処理特性更新部２４０とを備える。処理特性更新部２４０は、係数データベース２４１と出力特性設定検出部２４２とＦＩＲフィルタ２４３とを備える。ここで、図３と同じ符号を付しているものは、第１の実施形態と同じ動作をするため、説明を省略する。
【００９４】
係数データベース２４１は出力特性設定と、それに対応する出力特性制御部１３０のフィルタ係数の組み合わせを記憶している。出力特性設定検出部２４２は、出力特性設定受信部１２０が受信した信号を検出し、その出力特性設定に対応するフィルタ係数を係数データベース２４１から取得する。そして、出力特性設定検出部２４２は、そのフィルタ係数をＦＩＲフィルタ２４３に設定する。ＦＩＲフィルタ２４３は、ＦＩＲフィルタ２２１に入力される信号をあらかじめ処理する。
【００９５】
つぎに、図１８及び図１９を用いて、本発明の第２の実施形態の動作について説明する。出力特性設定送信部１２１は、ユーザが所望する出力特性設定を、テレビ１００ｃに送信する。出力特性設定受信部１２０は、出力特性設定送信部１２１からの信号を受信し、その信号に含まれる出力特性設定に対応して、あらかじめ記憶されたフィルタ係数を出力特性制御部１３０に設定する。出力特性制御部１３０は、設定されたフィルタ係数に基づいて、音響信号を処理する。以上の処理によって、スピーカ１５０は、ユーザが所望する特性を持つ音を出力する。
【００９６】
一方、出力特性設定検出部２４２は、出力特性設定受信部１２０が受信した信号を検出し、その信号に含まれる出力特性設定に対応するフィルタ係数を、係数データベース２４１から取得する。そして、出力特性設定検出部２４２は、そのフィルタ係数をＦＩＲフィルタ２４３に設定する。したがって、ＦＩＲフィルタ２２１にもスピーカ１５０と同じ出力特性を持つ信号が入力されるので、領域３０１及び領域３０３における補正効果が変化することは無い。
【００９７】
図１８及び図１９の構成においては、出力特性設定と出力特性設定に対応する出力特性制御部１３０のフィルタ係数との組み合わせが係数データベース２４１にあらかじめ記憶されていなければならない。しかし、能動騒音制御装置は、このような係数データベース２４１を備えなくても、出力特性の変化にリアルタイムに適応することによって、領域３０１及び領域３０３における補正効果を実現しても良い。図２０及び図２１を用いて、このような本発明の第２の実施形態の変形例について説明する。図２０において、能動騒音制御装置２００ｄは、信号取得部２１０と、制御部２２０ｄと、第３検出マイク２３３と、振動部２７０とを備える。図６、図１８と同じ符号を付しているものは、それぞれ図６、図１８における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。
【００９８】
第３検出マイク２３３は、図６において第２検出マイク２３２が設置された位置と同じ位置に設置され、スピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ｄの放射音の合成音を検出し、電気信号として出力する。制御部２２０ｄは、第３検出マイク２３３が検出した合成音を参照し、スピーカ１５０が出力する音が振動部２７０から放射される放射音により消されるように制御信号を生成し、振動部２７０を制御する。制御部２２０ｄの詳細は後述する。
【００９９】
図２１は、制御部２２０ｄの内部構成を示す。制御部２２０ｄは、ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２と処理特性更新部２４０ｄとを備える。処理特性更新部２４０ｄは、ＦＩＲフィルタ２４３と第３伝達関数模擬フィルタ２４４と適応更新部２４５とを備える。ここで、図１９と同じ符号を付しているものは、図１９における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。
【０１００】
第３伝達関数模擬フィルタ２４４は、ＦＩＲフィルタであり、信号取得部２１０が取得した信号を処理する。適応更新部２４５は、第３伝達関数模擬フィルタ２４４の出力と第３検出マイク２３３の出力を用いてＦＩＲフィルタ係数を計算する。第３伝達関数模擬フィルタ２４４には、図６及び図７の構成により求められたフィルタ係数Ｇと、加振器２７２の入力から第３検出マイク２３３の出力までの伝達関数インパルス応答Ｃ2とを畳み込んだ係数、すなわち、以下の（数１２）によりあらかじめ算出されたＦｘがフィルタ係数として与えられている。
【０１０１】
【数１２】
0005562860.tif 000013
【０１０２】
つぎに、図２０及び図２１を用いて、本発明の第２の実施形態の変形例の動作について説明する。スピーカ１５０は、図１８の構成と同様に、出力特性制御部１３０の処理により、ユーザが所望する特性を持つ音を出力する。一方、加振器２７２には、所定の初期係数を有するＦＩＲフィルタ２４３で処理された後、（数７）に基づいて設計されたフィルタ係数が与えられたＦＩＲフィルタ２２１で処理された信号が入力される。よって、能動騒音制御装置２００ｄが領域３０３に対して放射する音は、スピーカ１５０が放射する音を消していない。そこで、適応更新部２４５は、第３検出マイク２３３が検出する合成音、すなわち、スピーカ１５０が出力する音と能動騒音制御装置２００ｄが放射する音との合成音がゼロに近づくように、ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数を更新する。ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数が収束したときには、次式が成り立つ。
【０１０３】
【数１３】
0005562860.tif 000014
【０１０４】
ただし、（数１３）の各変数は以下の内容を表す。
ΔＧ：ＦＩＲフィルタ２４３の伝達関数
ΔＨ：ユーザが設定した出力特性に対応する出力特性制御部１３０の伝達関数
ここで、（数９）及び（数１３）より次式が成り立つ。
【０１０５】
【数１４】
0005562860.tif 000015
【０１０６】
よって、第１検出マイク２３１の位置での合成音の伝達関数（Ｈ1ΔＨ−ＧＣ1ΔＧ）は、次式のように、低域成分の音圧レベルを上げた所望特性Ｔに、ユーザが設定した特性ΔＨを掛けたものとなる。
【０１０７】
【数１５】
0005562860.tif 000016
【０１０８】
なお、本発明の能動騒音制御装置２００ｄは、第３検出マイク２３３に代えて、図２２に示すように、第１検出マイク２３１が設置された位置と同じ位置またはスピーカ１５０の周辺位置に第４検出マイク２３３ａを設置してもよい。この場合、制御部２２０ｄは、第４検出マイク２３３ａが検出した合成音を参照し、スピーカ１５０が出力する音が所望の周波数特性になるように制御信号を生成し、振動部２７０を制御する。図２３は、制御部２２０ｄの内部構成を示す。処理特性更新部２４０ｄは、ＦＩＲフィルタ２４３と第４伝達関数模擬フィルタ２４６と所望特性模擬フィルタ２３６と減算器２３７と適応更新部２４７とを備える。ここで、図７及び図２１と同じ符号を付しているものは、図７及び図２１における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。
【０１０９】
第４伝達関数模擬フィルタ２４６は、ＦＩＲフィルタであり、信号取得部２１０が取得した信号を処理する。第４伝達関数模擬フィルタ２４６には、図６及び図７の構成により求められたフィルタ係数Ｇと、加振器２７２の入力から第４検出マイク２３３ａの出力までの伝達関数インパルス応答Ｃ1とを畳み込んだ係数、すなわち、以下の（数１６）によりあらかじめ算出されたＦｘがフィルタ係数として与えられている。
【０１１０】
【数１６】
0005562860.tif 000017
【０１１１】
適応更新部２４７は、第４検出マイク２３３ａが検出する合成音、すなわち、スピーカ１５０が出力する音と能動騒音制御装置２００ｄが放射する音との合成音が所望の特性に近づくように、ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数を更新する。
【０１１２】
また、第１の実施形態と同様、本発明の能動騒音制御装置２００ｄは、第３検出マイク２３３に代えて、境界壁面３００の振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部を備えてもよい。この場合、処理特性更新部２４０ｄは、第３検出マイク２３３の出力に代えて、振動検出部の出力を入力し、ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数を設定する。また、第３伝達関数模擬フィルタ２４４には、図６及び図７の構成により求められたフィルタ係数と、加振器２７２の入力から振動検出部の出力までの伝達関数インパルス応答とを畳み込んだ係数によりあらかじめ算出された値がフィルタ係数として与えられている。
【０１１３】
さらに、図１５のように境界壁面３００に沿って振動部を複数個配置する構成にする場合、図２４に示されるように、能動騒音制御装置２００ｄは、領域３０３に、各振動部２７０ｘ〜２７０ｚに対応して第３検出マイク２３３ｘ〜２３３ｚを備える。各制御部２２０ｘ〜２２０ｚのＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数は、それぞれ第３検出マイク２３３ｘ〜２３３ｚが検出する音がゼロに近づくように更新することによって、求められる。
【０１１４】
なお、本発明の第２の実施形態においても、図１２〜図１４に示されるように、能動騒音制御装置がバッフル板やスピーカユニットを備えたものであってもよい。また、図１６に示されるように、能動騒音制御装置が信号検出マイク２５２を備えたものであってもよい。また、本発明の第２の実施形態に係る能動騒音制御装置は、図１７に示されるようにオーディオシステム等の応用にも適用されうる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、図５に示されるように、振動板２７１から領域３０１に放射される音と振動板２７１から領域３０３に放射される音とがそれぞれ逆位相の関係にあることを前提に説明した。しかし、能動騒音制御装置の構造および視聴室３０１、隣室３０２の壁面構造によっては、特定の周波数の音を振動板２７１が放射すると、振動板２７１から領域３０１に放射される音と振動板２７１から領域３０３に放射される音とが同位相の関係になることがある。このような場合、振動板２７１によって音を放射しても、視聴者が存在する空間では低い周波数の音圧レベルを上げると同時に、隣室の空間では低い周波数の音圧レベルを低減することができない。そこで、第３の実施形態において、能動騒音制御装置は、このような周波数の音を振動板２７１が放射しないように制御する。
【０１１６】
図２５は、本発明の第３の実施の形態に係るテレビ１００及び能動騒音制御装置２００ｅの内部構成を示す。能動騒音制御装置２００ｅは、図６の制御部２２０ａが制御部２２０ｅとなる以外は全て同じであるので、制御部２２０ｅ以外の説明を省略する。制御部２２０ｅは、制御パラメータ設定部２３０ｅを備える。
【０１１７】
図２６は、制御パラメータ設定部２３０ｅの内部構成を示す。制御パラメータ設定部２３０ｅは、図７の制御パラメータ設定部２３０の構成に加えて、第１遮断処理部２６１と第２遮断処理部２６２と第３遮断処理部２６３と第４遮断処理部２６４とを備える。第１遮断処理部２６１は、第１伝達関数模擬フィルタ２３４の出力から第１の所定周波数の信号成分を除去する。第２遮断処理部２６２は、第２伝達関数模擬フィルタ２３５の出力から第２の所定周波数の信号成分を除去する。第３遮断処理部２６３は、第１検出マイク２３１の出力に所望特性模擬フィルタ２３６の出力を減算した値から第１の所定周波数の信号成分を除去する。第４遮断処理部２６４は、第２検出マイク２３２の出力から第２の所定周波数の信号成分を除去する。
【０１１８】
この構成によって、適応更新部２３８は第１もしくは第２の所定周波数成分について係数更新を行わない。収束したＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数に基づいてＦＩＲフィルタ２２１が動作しても、第１の所定周波数において、領域３０１でのスピーカ１５０の放射音は、低域成分の音圧レベルを上げた所望の特性に改善されない。同様に、第２の所定周波数において、領域３０３でのスピーカ１５０の放射音は、打ち消されない。
【０１１９】
第１、第２の所定周波数は、（数７）による収束係数の制御精度が悪く、制御誤差が大きくなる場合に、制御部２２０ｅがその周波数成分を敢えて制御しないようにするために設定される。
【０１２０】
先に説明した通り、図５に示されるように、振動板２７１から領域３０１に放射される音と振動板２７１から領域３０３に放射される音とがそれぞれ逆位相の関係にあると、（数７）が収束し精度の良い係数が得られる。言い換えれば、スピーカ１５０と振動部２７０が同じ周波数の音を発生する場合に、スピーカ１５０の出力音を第１検出マイク２３１が検出する検出波の位相と、同じ音を第２検出マイク２３２が検出する検出波の位相との位相差をΔΦHとし、振動部２７０の出力音を第１検出マイク２３１が検出する検出波の位相と、同じ音を第２検出マイク２３２が検出する検出波の位相との位相差をΔΦCとすると、ΔΦHとΔΦCとの差が１８０度に近い周波数においては、（数７）により精度が良い係数が得られる。一方、周波数が高くなると、音の波長が短くなりΔΦHとΔΦCはともに大きくなる。さらに、スピーカ１５０から各検出マイク２３１、２３２への音響伝搬経路と、能動騒音制御装置２００ｅから各検出マイク２３１、２３２への音響伝搬経路の違いによってΔΦH及びΔΦCの変化の仕方が異なる。
【０１２１】
図２７に示された位相差は、各周波数におけるΔΦH及びΔΦCの一例である。これによると、ΔΦHがΔΦCと一致する周波数ｆｎが存在する。周波数ｆｎでは、第１検出マイク２３１におけるスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ｅの放射音との位相差と、第２検出マイク２３２におけるスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ｅの放射音との位相差とが一致する。そのため、周波数ｆｎでは、能動騒音制御装置２００ｅは、領域３０１で音響出力を所望の特性に改善すると同時に、領域３０３で音を打ち消すことはできない。そこで、能動騒音制御装置２００ｅは、敢えて周波数ｆｎの放射音を出力しないよう、ＦＩＲフィルタ２２１の処理係数を設定する。これを実現するには、周波数ｆｎの信号を遮断するような特性が第１〜第４遮断処理部２６１〜２６４にあらかじめ設定されていれば良い。また、例えば、周波数ｆｎにおいて音を打ち消す機能だけを有するような特性があらかじめ設定されていても良い。その場合、第１遮断処理部２６１と第３遮断処理部２６３に周波数ｆｎの信号を遮断する特性が設定され、第２遮断処理部２６２と第４遮断処理部２６４に全帯域の信号が通過する特性が設定されていれば良い。
【０１２２】
このように、能動騒音制御装置２００ｅが領域３０１において音響出力を所望の特性に改善すると同時に、領域３０３において音を打ち消すことが困難な周波数の音を放射しないように、ＦＩＲフィルタ２２１の処理係数が設定される。したがって、能動騒音制御装置２００ｅは、制御誤差により、異音を発する恐れはない。
【０１２３】
なお、本発明の第３の実施形態においても、図１２〜図１４に示されるように、能動騒音制御装置がバッフル板やスピーカユニットを備えたものであってもよい。また、図１６に示されるように、能動騒音制御装置が信号検出マイク２５２を備えたものであってもよい。また、本発明の第３の実施形態に係る能動騒音制御装置は、図１７に示されるようにオーディオシステム等の応用にも適用されうる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明の能動騒音制御装置によれば、所定音を第１領域では減衰させ、第１領域とは異なる第２領域では所望の音質にすることが出来るので、テレビ、オーディオシステム以外にも、カラオケ店舗、会議場、結婚式場、学校、予備校などのスピーカシステムにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１００、１００ｂ、１００ｃ  テレビ
１１０、１１０ｃ            外部出力部
１２０                      出力特性設定受信部
１２１                      出力特性設定送信部
１３０                      出力特性制御部
１５０                      スピーカ
１５１                      スピーカシステム
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ  能動騒音制御装置
２１０、２１０ｂ、２１０ｃ  信号取得部
２２０、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ  制御部
２２０ｘ、２２０ｙ、２２０ｚ                              制御部
２２１、２４３              ＦＩＲフィルタ
２２２                      反転器
２３０、２３０ｅ            制御パラメータ設定部
２３１                      第１検出マイク
２３２                      第２検出マイク
２３３、２３３ｘ、２３３ｙ、２３３ｚ  第３検出マイク
２３３ａ                    第４検出マイク
２３４                      第１伝達関数模擬フィルタ
２３５                      第２伝達関数模擬フィルタ
２３６                      所望特性模擬フィルタ
２３７、２５１              減算器
２３８、２４５、２４７      適応更新部
２４０、２４０ｄ            処理特性更新部
２４１                      係数データベース
２４２                      出力特性設定検出部
２４４                      第３伝達関数模擬フィルタ
２４６                      第４伝達関数模擬フィルタ
２５０                      エコーキャンセラー部
２５２                      信号検出マイク
２６１                      第１遮断処理部
２６２                      第２遮断処理部
２６３                      第３遮断処理部
２６４                      第４遮断処理部
２７０、２７０ｘ、２７０ｙ、２７０ｚ  振動部
２７１、２７１ｘ、２７１ｙ、２７１ｚ  振動板
２７２、２７２ｘ、２７２ｙ、２７２ｚ  加振器
２７５                      スピーカユニット
２８０、２８１              バッフル板
３００                      境界壁面
３０１                      視聴室
３０２                      隣室
３０３                      空隙
３１０                      天井
３１１                      床面
３１２                      側壁
【図１】
0005562860.tif 000018
【図２】
0005562860.tif 000019
【図３】
0005562860.tif 000020
【図４】
0005562860.tif 000021
【図５】
0005562860.tif 000022
【図６】
0005562860.tif 000023
【図７】
0005562860.tif 000024
【図８】
0005562860.tif 000025
【図９】
0005562860.tif 000026
【図１０】
0005562860.tif 000027
【図１１】
0005562860.tif 000028
【図１２】
0005562860.tif 000029
【図１３】
0005562860.tif 000030
【図１４】
0005562860.tif 000031
【図１５】
0005562860.tif 000032
【図１６】
0005562860.tif 000033
【図１７】
0005562860.tif 000034
【図１８】
0005562860.tif 000035
【図１９】
0005562860.tif 000036
【図２０】
0005562860.tif 000037
【図２１】
0005562860.tif 000038
【図２２】
0005562860.tif 000039
【図２３】
0005562860.tif 000040
【図２４】
0005562860.tif 000041
【図２５】
0005562860.tif 000042
【図２６】
0005562860.tif 000043
【図２７】
0005562860.tif 000044
【図２８】
0005562860.tif 000045
【図２９】
0005562860.tif 000046
【図３０】
0005562860.tif 000047