(57)【要約】【課題】高精度で高速な適応制御を可能とし、ＡＮＣの効果の劣化を防止可能な能動消音装置を提供すること。【解決手段】実施形態は、前記空間上の音を合成して誤差信号に変換する誤差マイクと、前記誤差マイクまでの経路において第１の経路特性を有する第１の制御スピーカと、前記誤差信号に基づいて前記制御対象音を打ち消す制御信号を生成する制御フィルタと、前記誤差信号の通過周波数帯域幅を制限して、前記制御フィルタの制御特性を調整する第１の帯域調整フィルタと、前記帯域調整フィルタにより帯域制限された誤差信号に基づいて前記制御フィルタの特性を制御する制御フィルタ更新部とを具備する。【選択図】図１
2014174346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消音の対象となる制御対象音を空間上で低減する消音装置であって、
前記空間上の音を合成して誤差信号に変換する誤差マイクと、
前記誤差マイクまでの経路において第１の経路特性を有する第１の制御スピーカと、
前記誤差信号に基づいて前記制御対象音を打ち消す制御信号を生成する制御フィルタと、
前記誤差信号の通過周波数帯域幅を制限して、前記制御フィルタの制御特性を調整する第１の帯域調整フィルタと、
前記帯域調整フィルタにより帯域制限された誤差信号に基づいて前記制御フィルタの特性を制御する制御フィルタ更新部と、
を具備することを特徴とする消音装置。
【請求項２】
前記制御対象音を参照信号に変換する参照マイクと、
前記参照信号の周波数帯域を制限して、前記制御フィルタに入力される信号の帯域を制御する第２の帯域調整フィルタと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の消音装置。
【請求項３】
前記制御フィルタ、前記第１の帯域調整フィルタ及び前記制御フィルタ更新部が、前記制御対象音の複数の帯域に対応して複数配設され、
前記複数の制御フィルタのそれぞれの出力を加算した加算信号を出力する加算器をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の消音装置。
【請求項４】
前記加算器が出力した加算信号と前記誤差信号との間の伝達特性を表し、伝達特性信号を出力する伝達特性フィルタをさらに具備し、
前記複数の制御フィルタ更新部は、それぞれ前記伝達特性信号及び前記第１の帯域調整フィルタの出力に基づいて、前記制御フィルタの特性をそれぞれ制御することを特徴とする請求項３に記載の消音装置。
【請求項５】
前記誤差マイクまでの経路において第２の経路特性を有する第２の制御スピーカをさらに具備し、かつ前記制御フィルタ、前記第１の帯域調整フィルタ及び前記制御フィルタ更新部が、前記第１の制御スピーカ及び第２の制御スピーカに対応して複数配設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の消音装置。
【請求項６】
前記第１のスピーカ及び前記第２のスピーカに対応して複数配置され、前記第１の制御フィルタが出力した信号と前記誤差信号との間の伝達特性を表し、伝達特性信号を出力する複数の伝達特性フィルタをさらに具備し、
前記複数の制御フィルタ更新部は、それぞれ前記伝達特性信号及び前記第１の帯域調整フィルタの出力に基づいて、前記制御フィルタの特性をそれぞれ制御することを特徴とする請求項５に記載の消音装置。
【請求項７】
前記複数の第１の帯域調整フィルタは、通過させる周波数帯域がそれぞれ重ならないように構成されたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の消音装置。
【請求項８】
前記複数の第１の帯域調整フィルタは、前記伝達特性フィルタのノッチ特性及び共振特性に対応する通過特性を有することを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の消音装置。
【請求項９】
前記複数の制御フィルタ更新部のステップサイズを前記制御フィルタごとに変更可能なことを特徴とする請求項３ないし８のいずれか１項に記載の消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、能動消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸音材などのパッシブな騒音対策が効果的でない環境下において低周波騒音を低減する仕組みとして、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ：active noise control）が知られている。ＡＮＣは、騒音と同振幅で逆位相の信号を人為的に作成して制御スピーカから出力することにより、当該騒音を打ち消すことを可能にするものである。ＡＮＣは、自動車などにおけるロードノイズを低減する機器や、医療機器が発生する騒音を低減する機器、ノイズキャンセルイヤホンなどに適用されている。
【０００３】
ＡＮＣの基本手法としては、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘと呼ばれるものが知られている。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘは、騒音を打ち消す信号を出力する制御スピーカと、当該制御スピーカが出力する信号（音）を出力する制御フィルタと、当該騒音および制御スピーカの発した信号音を受けてこれを低レベルに抑えるように制御フィルタを適応的に更新するための誤差マイクとを備えている。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘの手法では、原理上、制御スピーカと誤差マイクとの間の空間特性を同定（二次経路同定）する必要があるが、一般に適応更新される制御フィルタは、二次経路の同定が正確であったとしても二次経路特性にノッチ特性や共振特性が存在する環境（例えば、反射や残響が強い空間）では、適応更新を用いて制御フィルタを理想の特性にすることに時間がかかったり、理想の特性への到達が困難であったりして、ＡＮＣの効果が劣化してしまうことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３４５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、高精度で高速な適応制御を可能とし、ＡＮＣの効果の劣化を防止可能な能動消音装置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】
【０００６】
実施形態の能動消音装置は、空間上の音を合成して誤差信号に変換する誤差マイクと、誤差マイクまでの経路において第１の経路特性を有する第１の制御スピーカとを有している。また、実施形態の能動消音装置は、誤差信号に基づいて制御対象音を打ち消す制御信号を生成する制御フィルタと、誤差信号の通過周波数帯域幅を制限して、制御フィルタの制御特性を調整する第１の帯域調整フィルタを有している。また、実施形態の能動消音装置は、帯域調整フィルタにより帯域制限された誤差信号に基づいて制御フィルタの特性を制御する制御フィルタ更新部を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の能動消音装置の概念を示す図である。
【図２】第１の実施形態の能動消音装置の構成を示すブロック線図である。
【図３Ａ】伝達特性Ｇを経路同定フィルタで同定する場合の基本構成を示すブロック線図である。
【図３Ｂ】図３Ａの誤差算出器が合成する信号の極性を変更した図である。
【図４】図２の等価構成を示すブロック線図である。
【図５】図４を等価交換したブロック線図である。
【図６】第１の実施形態の第３フィルタによる効果を説明する図である。
【図７】第２の実施形態の能動消音装置の概念を示す図である。
【図８】第２の実施形態の第３フィルタによる効果を説明する図である。
【図９】第３の実施形態の能動消音装置の概念を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の第３フィルタの特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する
（第１の実施形態の構成）
図１に示すように、実施形態に係る能動消音装置１は、参照マイク１００と、制御フィルタ１０８と、制御スピーカ１１６とを具備したＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ方式の消音装置構成を有している。図１に示す例では、能動消音装置１は、例えば経路特性Ｇｓ１をもつ制御スピーカ１１６を有している。
【０００９】
図１に示すように、参照マイク１００は、経路特性Ｇ２をもつ経路２０を経た騒音源ｓの音を受け取る。能動消音装置１の制御フィルタ１０８は、参照マイク１００が受けた音信号に基づいて制御スピーカ１１６を駆動させるための制御信号を生成し、出力する。
誤差マイク１３２は、１以上の音を拾い、これらの音の合成音圧を計測する。具体的には、誤差マイク１３２は、経路特性Ｇ１をもつ経路１０を経て届く騒音源ｓからの音と、経路特性Ｇｅ１をもつ経路３１を経て届く制御スピーカ１１６からの音との二つの音を受ける。合成されたこの二つの音は、フィードバックされて制御フィルタ１０８の特性を制御する。なお、制御スピーカ１１６が発する音は、参照マイク１００にも届くから、ハウリングが発生する場合もある。そのため、能動消音装置１は、かかるハウリングを相殺する機能を有することが望ましい。
【００１０】
続いて、図２を参照して実施形態の能動消音装置１の構成をより詳細に説明する。図２に示すように、実施形態の能動消音装置１は、経路２０を経た騒音源ｓの音を受ける参照マイク１００と、参照マイク１００が受けた音を用いて騒音源ｓの音を相殺する音信号を生成する制御フィルタ１０８と、制御フィルタ１０８により生成された制御信号を音として出力する制御スピーカ１１６と、騒音源ｓの音と制御スピーカ１１６が発した音とを受ける誤差マイク１３２とを有している。
【００１１】
参照マイク１００および制御フィルタ１０８の間には、参照マイク１００が受けた音の信号の折り返し周波数以下を通過させるとともに、制御フィルタ１０８に入力される信号ｒ´の信号帯域を調整可能であり、かつ制御フィルタ１０８の制御帯域を調整可能な第１フィルタ１０２（フィルタＦ１）と、第１フィルタ１０２を通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０４（ＡＤＣ１０４）とが配設されている。
ＡＤＣ１０４によりデジタル化された音信号は制御フィルタ１０８に送られる。制御フィルタ１０８は、外部から更新可能な特性Ｋを有しており、騒音源ｓが発する音信号を打ち消す信号を生成する。
【００１２】
制御フィルタ１０８と制御スピーカ１１６との間には、制御フィルタ１０８から出力された制御入力ｕをアナログに変換するＤ／Ａ変換器１１２（ＤＡＣ１１２）と、制御スピーカ１１６を保護する第２フィルタ１１４（フィルタＦ２）とが配設されている。一般に、制御スピーカ１１６のようなスピーカは、出力可能な周波数帯域が決まっている。この周波数帯を外れた信号が制御スピーカ１１６に入力されると、制御スピーカ１１６が破損してしまう恐れがある。そこで第２フィルタ１１４によって制御スピーカ１１６に入力される信号に含まれる不必要な信号成分を除去することで、制御スピーカ１１６を保護することができる。
【００１３】
さらに、この実施形態の能動消音装置１は、誤差マイク１３２が受けた音の信号（誤差信号）の折り返し周波数以下を通過させるとともに制御フィルタ１０８の制御帯域を調整可能な第３フィルタ１３４（フィルタＦ３）と、第３フィルタ１３４を通過したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３６（ＡＤＣ１３６）と、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ方式における二次経路特性を有し制御フィルタ１０８に入力される信号をフィルタリングする二次経路同定フィルタ１４０とを有している。そして、二次経路同定フィルタ１４０を通過した信号を用いＡＤＣ１３６から出力される信号（図２のｅ´参照。）が最小になるように制御フィルタ１０８を更新するＬＭＳ（Least Mean Square）演算部１５０とを有している。
【００１４】
二次経路同定フィルタ１４０は、制御フィルタ１０８の出力から誤差マイク１３２を経てＡＤＣ１３６の出力までの経路の経路特性に対応したフィルタである。
ＬＭＳ演算部１５０は、当該経路特性に対応した二次経路同定フィルタ１４０の出力信号と、ＡＤＣ１３６の出力信号を用い制御フィルタ１０８の特性を制御する制御フィルタ更新部である。
【００１５】
（第１フィルタ１０２、第３フィルタ１３４の制御帯域調整機能）
次に図２〜４を用いて、第１フィルタ１０２、第３フィルタ１３４の制御帯域調整機能について詳細に説明する
（１）基本理論
ここでまず、図３Ａを用いて、システム同定理論で同定帯域を制限する基本的な手法を説明する。図３Ａは、伝達関数Ｋを有する経路同定フィルタ４２で伝達特性Ｇ（システム４０）を同定するシステムＢＳの基本構成を示すブロック線図である。以下の説明では、システムＢＳへ入力される信号を信号ｕと称す。
システムＢＳは、システム４０と、経路同定フィルタ４２と、プリフィルタ４４と、プリフィルタ４６と、ＬＭＳ演算部４８と、誤差算出器４９を備える。ここで、経路同定フィルタ４２は実施形態に係る制御フィルタ１０８と対応する。同様に、プリフィルタ４４は第３フィルタ１３４と対応する。ＬＭＳ演算部４８は、ＬＭＳ演算部１５０に対応する。
【００１６】
図３Ａの信号ｕは、伝達特性Ｇのシステム４０及びプリフィルタ４４を経て、誤差算出器４９に到達する。一方信号ｕは、プリフィルタ４６を経て経路同定フィルタ４２に送られ、経路同定フィルタ４２により特性が変換されて誤差算出器４９に到達する。ＬＭＳ演算部４８は、二つの信号の差分及び信号ｕＦを用いて、誤差算出器４９の出力が最小となるように経路同定フィルタ４２を制御する。
【００１７】
経路同定フィルタ４２がＦＩＲモデルとしてモデル化されている場合、システムＢＳにおける評価関数である予測誤差の累積二乗和Ｊは、数式１によって表すことができる。
【数１】
2014174346.tif 000003
ここで、Ｎは評価点数（時刻）である。ｙＦはプリフィルタ４４の出力である。Ｋは経路同定フィルタ４２の伝達関数である。k（Ｋの小文字）は時刻である。ｕFはプリフィルタ４６の出力である。
【００１８】
上記数式１は、パーセバルの定理により周波数領域では、数式２と表すことができる。数式２は、伝達特性Ｇとこの伝達特性を模擬する経路同定フィルタ４２の伝達関数Ｋの周波数領域おける差を示している。
【数２】
2014174346.tif 000004
ここで、Ｎは評価点数(Ｎ点ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform)である。ＧＫ（ωｍ）は経路同定フィルタ４２の伝達関数Ｋの周波数特性である。Ｌ（ωｍ）は、プリフィルタ４６及びプリフィルタ４４の周波数特性である。｜ＹＮ（ωｍ）/ＵＮ（ωｍ）-ＧＫ（ωｍ）｜２は、伝達特性Ｇとこの伝達特性を模擬する経路同定フィルタ４２の伝達関数Ｋの周波数領域おける差である。ＵＮ（ωｍ）及びＹＮ（ωｍ）は、それぞれＮ点での信号ｕ及びＮ点で信号システム４０の出力ｙをＤＦＴしたものである。ＹＮ（ωｍ）/ＵＮ（ωｍ）は、システム４０の周波数特性である。
なお、ＵＮ（ωｍ）及びＹＮ（ωｍ）は、それぞれ数式３及び数式４で表すことができる。また、ωｍは数式５で表すことができる。ＹＮ（ωｍ）/ＵＮ（ωｍ）は、数式６で表すことができる。
【数３】
2014174346.tif 000005
【数４】
2014174346.tif 000006
【数５】
2014174346.tif 000007
【数６】
2014174346.tif 000008
さらに、数式６より、｜ＹＮ（ωｍ）/ＵＮ（ωｍ）-ＧＫ（ωｍ）｜２は、数式７で表すこともできる。
【数７】
2014174346.tif 000009
【００１９】
上記数式２及び数式７によれば、｜ＹＮ（ωｍ）｜２及び｜ＵＮ（ωｍ）｜２は、｜Ｇ（ωｍ）-ＧＫ（ωｍ）｜２に対しての周波数重みとして機能することがわかる。この｜ＹＮ（ωｍ）｜２及び｜ＵＮ（ωｍ）｜２を制御することによって｜Ｇ（ωｍ）-ＧＫ（ωｍ）｜２に対して制約を課して、数式２で表す評価関数Ｊの周波数制限が行える。すなわち｜ＵＮ（ωｍ）｜２及び｜ＵＮ（ωｍ）｜２を制御することで、伝達特性Ｇとこの伝達特性を模擬する経路同定フィルタ４２の伝達関数Ｋの周波数領域おける差を評価する周波数帯域を決定することができる。この結果、同定する周波数帯域を適宜決定することが可能となる。このことにより、同定不要な周波数帯域を同定する必要がなくなり、同定を行いたい周波数帯域の同定結果の精度向上を図ることが可能となる。
以上が、システム同定理論で公知のプリフィルタ（例えば図３Ａのプリフィルタ４４及びプリフィルタ４６）の効果の概説である。
【００２０】
ここで、図３Ａの誤差算出器４９について記載する。図３Ａに示すように、誤差算出器４９は、正の信号と負の信号を合成して出力している。
誤差算出器４９が、図２に示す誤差マイク１３２と同様に誤差マイク１３２のように、正の信号と正の信号とを合成する場合を考える。
この場合、数式１及び数式２における「-」が「+」となるだけである。そして同定された結果は、Ｋ＝-Ｇとなる（ここで、Ｋは、経路同定フィルタ４２の伝達関数である。Ｇは、システム４０の伝達特性である。）。すなわちこの場合、伝達特性Ｇに負の符号が付く。しかしながら数式２を用いて説明した周波数重みは同じ効果を奏する。
【００２１】
なお、図２に示す誤差マイク１３２は、「誤差マイク」という性質から正の信号と正の信号を合成しているが、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ方式が記載された特定の文献には「誤差マイクは、正の信号と負の信号を合成するもの」としているものもある。これらは本質的に同一のものであり、例えば、図３Ｂに示すように誤差算出器４９が正の信号と正の信号を合成した場合でも、図３Ａに示すように誤差算出器４９が正の信号と負の信号を合成した場合でも、どちらのシステムＢＳも同様の動作・作用・効果を奏する。
【００２２】
同様に、この実施形態に係る能動消音装置１においても、誤差マイク１３２が正の信号と正の信号を合成するものであっても、正の信号と負の信号を合成するものであっても本質的に同じである。したがって、どちらの場合であっても以下に説明する第１フィルタ１０２及び第３フィルタ１３４の効果は同じである。
【００２３】
（２）第３フィルタ１３４の詳細説明
ここで、図２について二次経路特性の同定が正確に行われているとすると、線形システムなので、図４のように等価変換することができる。図４は、図２に示したＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ方式の構成において二次経路の同定が正確に行われていた場合の等価構成を示すブロック線図である。図４に示した構成と、図２に示した構成の相違点は、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６、二次経路同定フィルタ１４０の配置である。また、図４では、図２に示した誤差マイク１３２に代えて入力された信号を合成して出力する誤差算出器１３３が配置されている。図４では、図２に示した構成と対応する要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２４】
この図４と図３Ｂとを比較すると、図３Ｂの特性Ｌのプリフィルタ４４は、図４の特性Ｆ３の第３フィルタ１３４に対応することがわかる。すなわち、周波数重みのうちＬは、第３フィルタ１３４によって規定することができる。
そこで、実施形態の能動消音装置１では、第３フィルタ１３４をプリフィルタとして機能させている。すなわち、能動消音装置１では、第３フィルタ１３４を、アンチエイリアス機能に加えて、制御帯域を調整するプリフィルタの機能を持たせた特性としている。
【００２５】
上記説明を踏まえたうえで、図４を用いて、第３フィルタ１３４について詳細に説明する。図４における、理想的な制御フィルタ１０８の伝達関数Ｋは、数式８で表すことができる。
【数８】
2014174346.tif 000010
ここで、Ｇ１は経路１０の経路特性、Ｇ２は経路２０の経路特性、Ｆ１は第１フィルタ１０２の特性、ＧＡ／ＤはＡＤＣ１０４の特性、ＧＤ／Ａは図２に示すＤＡＣ１１２の特性、Ｆ２は図２に示す第２フィルタ１１４の特性、Ｇｓ１は図２に示す制御スピーカ１１６の特性、Ｇｅ１は図２に示す制御スピーカ１１６から誤差マイク１３２までの経路３１の特性である。
【００２６】
二次経路特性Ｃ（図４中の符号１４０ａ）は、数式９で表すことができる。
【数９】
2014174346.tif 000011
すでに述べたように、図４に示す構成によれば、第３フィルタ１３４が図３Ｂに記載したプリフィルタ４４に対応している。したがってＡＮＣにおける制御帯域（制御フィルタ１０８の制御帯域）を第３フィルタ１３４によって調整可能であることになる。
【００２７】
すなわち、第３フィルタ１３４を用いることにより、第３フィルタ１３４で決定した制御帯域を優先的に同定することが可能になる。このことにより、注目している周波数帯域をより精度よく、低次で同定可能となる。
この実施形態の第３フィルタ１３４は１以上のバンドパスフィルタで構成される。第３フィルタ１３４をバンドパスフィルタで構成することによって、騒音低減処理が不必要な周波数帯域に対して当該処理を行ってしまうことや、騒音低減処理が必要な周波数帯の制御性能が悪くなってしまうことを防止することができる。
【００２８】
（３）第１フィルタ１０２について
図４に示すブロック線図は、さらに図５に等価変換可能である。この図５と図３Ｂとを比較すると、図３Ｂの信号ｕは、図５においてＧ２〜Ｇｅ1までの経路を経た信号ｕ’であることがわかる。信号ｕ’は、経路２０を経た騒音源ｓ（参照信号Ｓ1）にＡＤＣ１０４の特性、ＧＤ/Ａ（ＤＡＣ１１２の特性）、Ｆ１（第１フィルタ１０２の特性）、Ｆ２（第２フィルタ１１４の特性）、ＧＳ1（制御スピーカ１１６の特性）、Ｇｅ１（制御スピーカ１１６から誤差算出器１３３までの経路３１の特性）を掛けた信号である。
【００２９】
実施形態の能動消音装置１ではＧ２〜Ｇｅ1までの経路にある第１フィルタ１０２をアンチエイリアス機能に加えて制御フィルタ１０８に入る入力及び制御帯域を調整する機能を持たせた特性としている。
第１フィルタ１０２は、例えばＬＰＦ（ローパスフィルタ）やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）で構成される。これらのフィルタで構成することによって、第１フィルタ１０２は、制御フィルタ１０８の制御帯域を制限したり、アンチエイリアス処理を行ったりすることができる。
【００３０】
ここで、ｕ’は数式１０によって表される。
【数１０】
2014174346.tif 000012
前述の通り、入力の周波数特性の二乗（ｕ’2）は周波数重みである。すなわち、第１フィルタ１０２によって入力ｓの周波数帯域を制御することによって、制御帯域の調整が可能となる。
【００３１】
Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ方式では、最終的に構成される制御フィルタ１０８の伝達関数Ｋにおいて、第１フィルタ１０２の特性は分母に含まれる（数式８参照）。このため、周波数重みとしての第１フィルタ１０２の特性の影響は、制御フィルタ１０８中の第１フィルタ１０２の特性の影響により、低減される。
このため、第１フィルタ１０２による制御フィルタ１０８の特性に対する制御帯域調整の影響は、第３フィルタ１３４による制御フィルタ１０８の特性に対する制御帯域調整の影響よりも弱くなる。このため、第１フィルタ１０２では、結果として、アンチエイリアス及び制御帯域の調整の機能をもちつつ、制御フィルタ１０８に入力される参照マイク１００からの入力制限を行うことを可能とする機能を備える。これらの機能で得られる効果のうち、実用上最も効果が高いのは「制御フィルタ１０８に入力される参照マイク１００からの入力制限を行うことを可能とする機能」により得られる効果である。
【００３２】
なお、最終的に構成される制御フィルタ１０８の伝達関数Ｋにおいて、第１フィルタ１０２の特性Ｆ１は、制御フィルタ１０８の伝達関数Ｋの分母に含まれるため、位相を遅らせるＬＰＦ（ローパスフィルタ）で第１フィルタ１０２を構成した場合、低いカットオフ周波数で用いると制御フィルタの位相が進み因果律が満たされなくなる。よって、第１フィルタ１０２のカットオフ周波数は、参照マイク１００と制御スピーカ１１６の距離から因果律を満たす程度に設定すべきであり、必要以上に小さくしないことが望ましい。
【００３３】
以上説明したように、この実施形態の能動消音装置１では、第２フィルタ１１４によって制御スピーカ１１６に入力される信号に含まれる制御スピーカ１１６が出力不能な信号成分を除去することで、制御スピーカ１１６を保護することができる。
【００３４】
また、この実施形態の能動消音装置１は、制御帯域調整機能を備える第１フィルタ１０２及び第３フィルタ１３４を備えたので、高精度で高速な適応制御が可能となる。なお、この実施形態の能動消音装置１は、第１フィルタ１０２、第２フィルタ１１４及び第３フィルタ１３４を備えたが、いずれか一つを備えるようにしてもよい。
【００３５】
（動作説明）
次に図２及び図６を参照して能動消音装置１の動作について説明する。図２に示すように、騒音源ｓからの音は、特性Ｇ２の経路２０を経て参照マイク１００に到達する。第１フィルタ１０２は、参照マイク１００が受け取った音信号をアンチエイリアス処理し、かつ制御フィルタ１０８への入力を制限し、ＡＤＣ１０４は、第１フィルタ１０２を通過した音信号をデジタル信号に変換する。
ＡＤＣ１０４は、変換した音信号を制御フィルタ１０８および二次経路同定フィルタ１４０に与える。
【００３６】
制御フィルタ１０８は、入力された音信号を演算して演算結果をＤＡＣ１１２に入力する。ＤＡＣ１１２に与えられた信号は、第２フィルタ１１４を経て制御スピーカ１１６から音として出力される。
誤差マイク１３２は、特性Ｇ１の経路１０を経て到達する騒音源ｓの音、経路特性Ｇｅ１の経路３１を経て到達する制御スピーカ１１６が出力した音を受け取って電気信号に変換する。誤差マイク１３２が出力した音信号は、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６を経てＬＭＳ演算部１５０に送られる。
【００３７】
ＬＭＳ演算部１５０は、二次経路同定フィルタ１４０を経てＡＤＣ１０４から送られる信号と、ＡＤＣ１３６から送られる信号とを用いて誤差マイク１３２が出力する誤差信号が最小となるように制御フィルタ１０８の伝達関数Ｋを制御する。
【００３８】
図６に示すように、二次経路特性にノッチ特性（例えば、図６のＮ１）や共振特性（例えば、図６のＲ１）が含まれることがある。かかる場合に、第３フィルタ１３４として図６に示す特性を持たせたとすると、第３フィルタ１３４は、このようなノッチ特性のある周波数帯については、ＡＮＣ制御を行う周波数帯から除外する（制御帯域調整）。結果として、ノッチ特性のある周波数帯域が除外された制御フィルタ１０８が構築されていくことになり、高精度で高速な適応制御が可能となる。ここで、高精度とは理論値との差異が小さいことを指す。また高速とは、二次経路のノッチ特性に影響されずに適応更新がスムーズに行われることを指す。  
【００３９】
一般に空間特性にノッチが生ずると、制御フィルタに共振特性が生じてこの制御フィルタの適応更新に影響を与えるおそれがあるが、二次経路特性に応じて、第３フィルタ１３４の特性を規定することで、適応更新に最適な帯域のみを考慮した制御フィルタ１０８を構築することができる。この結果、騒音低減に不必要な周波数帯域まで騒音低減処理を行ってしまったり、騒音低減を目的とする周波数帯域に対して明確に騒音低減処理を行えなくなってしまったりということを防止することができる。
【００４０】
なお、上記説明した例では、能動消音装置１の基本構成としＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ方式に適用しているが、これには限定されない。例えば、二次経路同定を予め必要としない直接手法にも適用可能である。
また、この実施形態の能動消音装置１では、図２に示すように、第３フィルタ１３４をＡＤＣ１３６の前段に設けたが、ＡＤＣ１３６の後段に設けてもよい。この場合には、アンチエイリアスの機能を有する他のフィルタをＡＤＣ１３６の前段に設けることが望ましい。同様に第１フィルタ１０２をＡＤＣ１０４の後段に設けてもよく、この場合にもＡＤＣ１０４の前段にアンチエイリアスの機能を有する他のフィルタを設けることが望ましい。
【００４１】
（第２の実施形態の構成）
続いて、図７、図８を参照して、第２の実施形態の能動消音装置２について説明する。以下の説明において、図２に示す第１の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図７に示す能動消音装置２では、制御帯域が複数に分割されており、第１の実施形態の能動消音装置１が備える制御フィルタ１０８、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６及びＬＭＳ演算部１５０を制御帯域ごとに複数並列に備えている。
【００４２】
すなわち、能動消音装置２は、第１の実施形態の能動消音装置１が備える制御フィルタ１０８、第３フィルタ１３４、ＡＤＣ１３６及びＬＭＳ演算部１５０にそれぞれ対応する制御フィルタ１０８ａ、第３フィルタ１３４ａ、ＡＤＣ１３６ａ及びＬＭＳ演算部１５０ａを備える。制御フィルタ１０８ａ、第３フィルタ１３４ａ、ＡＤＣ１３６ａ及びＬＭＳ演算部１５０ａは、複数の制御帯域のうちの１の制御帯域に対応する特性を有する。
【００４３】
同様に、能動消音装置２は、複数の制御帯域のうちの１の制御帯域に対応しそれぞれ異なる特性を備える制御フィルタ１０８ｂ〜１０８ｎ、第３フィルタ１３４ｂ〜１３４ｎ、ＡＤＣ１３６ｂ〜１３６ｎ及びＬＭＳ演算部１５０ｂ〜１５０ｎを、それぞれ制御フィルタ１０８ａ、第３フィルタ１３４ａ、ＡＤＣ１３６ａ及びＬＭＳ演算部１５０ａと並列に備えている。すなわち、能動消音装置２は、制御フィルタ１０８ａ〜１０８ｎと同じ数の第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎ、ＡＤＣ１３６ａ〜１３６ａ及びＬＭＳ演算部１５０ａ〜１５０ｎを備える。
【００４４】
さらに能動消音装置２は、制御フィルタ１０８ａ〜１０８ｎの出力（ｕ１〜ｕｎ）を加算して出力する加算器１０９、二次経路同定フィルタ１４０から信号を入力される第３フィルタ１３７ａ〜１３７ｎ及び特性Ｆ３’のアンチエイリアスフィルタ１３５を有する。
能動消音装置２では、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎは、騒音の低減効果が第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎのうちのどのフィルタによるものなのかを判別できるように、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎそれぞれが制御する周波数帯域が重複しないように設定されている。第３フィルタ１３７ａ〜１３７ｎも同様である。
このように構成された能動消音装置２では、例えば、任意のＬＭＳ演算部１５０ｉによる制御フィルタ１０８ｉの更新式を数式１１〜１５によって表すことができる。
【００４５】
【数１１】
2014174346.tif 000013
ここで、θｋｉ（θは、シータハット）は、ＫｉのＦＩＲ表記である。ｉは、定数である（１〜ｎ）。βｃは任意の定位数である。αｉはステップサイズである。
【数１２】
2014174346.tif 000014
【数１３】
2014174346.tif 000015
ここで、φｉ（ｋ）は、第３フィルタ１３７ａ〜１３７ｎのそれぞれの出力の時系列である。ｌ（小文字のエル）はθｋi（θは、シータハット）のフィルタ長である。
【数１４】
2014174346.tif 000016
【数１５】
2014174346.tif 000017
【００４６】
図８に示すように、二次経路特性にノッチ特性（例えば、図８のＮ１）や共振特性（例えば図８のＲ１）が含まれることがある。かかる場合に、能動消音装置２において、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎとして図８に示す特性（ノッチ特性及び共振特性に対応する通過特性）をもたせたとすると、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎは、それぞれこのようなノッチ特性のある周波数帯については、ＡＮＣ制御を行う周波数帯から除外する。このように、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎが制御する帯域を分割することにより制御フィルタ１０８ａ〜１０８ｎの個々のタップ数を削減することができ、例えばここでは図示を省略した演算用のキャッシュメモリを節約することが可能となる。
【００４７】
また、能動消音装置２においては、帯域ごとにＬＭＳ演算部１５０ａ〜１５０ｎの更新が行われるため、準最適解への収束可能性を低減させることができる。したがって、能動消音装置２全体としての制御効果を高めることができる。
【００４８】
（第３の実施形態の構成）
続いて、図９及び図１０を参照して、第３の実施形態の能動消音装置３について説明する。以下の説明において、図２に示す第１の実施形態及び図７に示す第２の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図９に示す能動消音装置３は、第２の実施形態の能動消音装置２から一部の構成を除外するなどして変更した構成を有し、それぞれ異なる複数の二次経路特性を備える。具体的には、能動消音装置３は、第２の実施形態から加算器１０９が除かれている。
【００４９】
そして、制御フィルタ１０８ａからの信号が入力されるＤＡＣ１１２ａ、第２フィルタ１１４ａ、制御スピーカ１１６ａを備える。ＤＡＣ１１２ａ、第２フィルタ１１４ａ及び制御スピーカ１１６ａは、それぞれ図７に示すＤＡＣ１１２、第２フィルタ１１４及び制御スピーカ１１６に対応する。
さらに能動消音装置３は、制御フィルタ１０８ｎからの信号が順に入力されるＤＡＣ１１２ｎ、第２フィルタ１１４ｎ、制御スピーカ１１６ｎを備える。すなわち、能動消音装置３は、制御フィルタ１０８ａ〜１０８ｎと同じ数のＤＡＣ１１２ａ〜１１２ｎ、第２フィルタ１１４ａ〜１１４ｎ、制御スピーカ１１６ａ〜１１６ｎを備える。
【００５０】
そして、制御スピーカ１１６ａ〜１１６ｎから出力された音は、それぞれ異なる経路特性Ｇｅ1〜Ｇｅｎを持つ経路３１ａ〜３１ｎを経て、それぞれ誤差マイク１３２に入力される。さらに、能動消音装置３は、能動消音装置２が備える二次経路同定フィルタ１４０と対応する二次経路同定フィルタ１４０ａ〜１４０ｎを備える。すなわち、能動消音装置３は、制御フィルタ１０８ａ〜１０８ｎと同じ数の二次経路同定フィルタ１４０ａ〜１４０ｎを備える。
二次経路同定フィルタ１４０ｎの特性は、ＤＡＣ１１２ｎ、第２フィルタ１１４ｎ、制御スピーカ１１６ｎ、経路特性Ｇｅｎ、アンチエイリアスフィルタ１３５及びＡＤＣ１３６ｎによって決定される。
能動消音装置３では、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎは、騒音の低減効果が第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎのうちのどのフィルタによるものなのかを判別できるように、第３フィルタ１３４ａ〜１３４ｎそれぞれが制御する周波数帯域が重複しないように設定されている。第３フィルタ１３７ａ〜１３７ｎも同様である。  
【００５１】
このように構成された能動消音装置３では、例えば、任意のＬＭＳ演算部１５０ｉによる制御フィルタ１０８ｉの更新式を数式１６〜２０によって表すことができる。
【数１６】
2014174346.tif 000018
ここで、θｋｉ（θは、シータハット）は、ＫｉのＦＩＲ表記である。ｉは、定数である（１〜ｎ）。βｃは任意の定位数である。αｉはステップサイズである。
【数１７】
2014174346.tif 000019
【数１８】
2014174346.tif 000020
ここで、φｉ（ｋ）は、第３フィルタ１３７ａ〜１３７ｎのそれぞれの出力の時系列示す。ｌ（小文字のエル）は、ＦＩＲフィルタθｋのフィルタ長である。
【数１９】
2014174346.tif 000021
【数２０】
2014174346.tif 000022
【００５２】
図１０に示すように、二次経路特性にノッチ特性（例えば、図１０のＮ１〜Ｎ３）や共振特性（例えば、図１０のＲ１）が含まれることがある。かかる場合に、第３フィルタ１３４ａ及び１３４ｎとして図１０に示す特性（ノッチ特性及び共振特性に対応する通過特性）を持たせたとする。この場合、第３の実施形態の能動消音装置３では、二次経路特性が異なる複数の制御スピーカ（例えば、制御スピーカ１１６ａ及び制御スピーカ１１６ｎ）を用いることによってノッチ特性や共振特性に影響されないように相互に補うことができる。例えば、第１実施形態のように制御スピーカ１１６のみを備える構成においては、二次経路のノッチ特性により低減が困難な騒音が生じる場合があった。この実施形態の能動消音装置３によれば、このような場合にも、容易にこの周波数を低減させることが可能となる。
【００５３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、ＬＭＳ演算部１５０や１５０ａ〜１５０ｎのステップサイズを変更可能な構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１，２，３…能動消音装置、４２…経路同定フィルタ、４４…プリフィルタ、４６…プリフィルタ、４８…演算部、４９…誤差算出器、１００…参照マイク、１０２…第１フィルタ、１０４…変換器、１０８，１０８ａ〜１０８ｎ…制御フィルタ、１０９…加算器、１１２…変換器、１１４，１１４ａ〜１１４ｎ…第２フィルタ、１１６，１１６ａ〜１１６ｎ…制御スピーカ、１３２…誤差マイク、１３３…誤差算出器、１３４，１３４ａ〜１３４ｎ，１３７ａ〜１３７ｎ…第３フィルタ、１３５…アンチエイリアスフィルタ、１３６…変換器、１４０，１４０ａ〜１４０ｎ…二次経路同定フィルタ、１５０，１５０ａ〜１５０ｎ…ＬＭＳ演算部。
【図１】
2014174346.tif 000023
【図２】
2014174346.tif 000024
【図３Ａ】
2014174346.tif 000025
【図３Ｂ】
2014174346.tif 000026
【図４】
2014174346.tif 000027
【図５】
2014174346.tif 000028
【図６】
2014174346.tif 000029
【図７】
2014174346.tif 000030
【図８】
2014174346.tif 000031
【図９】
2014174346.tif 000032
【図１０】
2014174346.tif 000033