(57)【要約】  本発明の課題は、対象空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる信号処理装置、信号処理方法、プログラム、レンジフード装置を提供することである。本発明に係る信号処理装置、信号処理方法、プログラム、レンジフード装置では、消音フィルタ（１３５）は、フィルタ係数（Ｗ）を設定されて、キャンセル信号（Ｙ（ｎ））を出力する。係数演算部（１３４ａ）は、第１フィルタ係数（Ｗ１（ｎ））を算出する。発振抑制部（１３４ｂ）は、第１フィルタ係数（Ｗ１（ｎ））に、窓関数（Ｈ（ｎ））を適用した第２フィルタ係数（Ｗ２（ｎ））を算出して、第２フィルタ係数（Ｗ２（ｎ））をフィルタ係数（Ｗ）として設定する。
2016178309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音源から発せられた騒音が伝播する対象空間に設けられて前記騒音を集音する第１音入力器と、キャンセル信号を入力されて前記騒音を打ち消すキャンセル音を前記対象空間に発する音出力器と、前記対象空間において前記騒音と前記キャンセル音との合成音を集音する第２音入力器とを備える音入出力装置に組み合わせて用いられており、
フィルタ係数を設定されて、前記第１音入力器の出力に基づいた前記キャンセル信号を出力する消音フィルタと、
前記第１音入力器の出力、前記第２音入力器の出力に基づいて第１フィルタ係数を算出する係数演算部と、
発振を抑制するための窓関数を前記第１フィルタ係数に適用した第２フィルタ係数を算出して、前記第２フィルタ係数を前記消音フィルタのフィルタ係数として設定する発振抑制部と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記窓関数は、窓関数値が時間の経過に伴って減少する特性を有することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記係数演算部は、周波数領域において前記第１フィルタ係数の演算処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記発振抑制部は、前記第１フィルタ係数を前記消音フィルタのフィルタ係数として設定する第１動作と、前記第２フィルタ係数を前記消音フィルタのフィルタ係数として設定する第２動作とを切り替えることができ、
前記発振を検知する発振検知部をさらに備え、
前記発振抑制部は、前記発振が検知されていない場合に、前記第１動作を行い、前記発振が検知された場合に、前記第２動作を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
騒音源から発せられた騒音が伝播する対象空間に設けられて前記騒音を集音する第１音入力器と、キャンセル信号を入力されて前記騒音を打ち消すキャンセル音を前記対象空間に発する音出力器と、前記対象空間において前記騒音と前記キャンセル音との合成音を集音する第２音入力器とを備える音入出力装置に組み合わせられる信号処理装置に用いられる信号処理方法であって、
フィルタ係数を設定された消音フィルタが、前記第１音入力器の出力に基づいた前記キャンセル信号を出力し、
前記第１音入力器の出力、前記第２音入力器の出力に基づいて係数演算部が第１フィルタ係数を算出し、
発振抑制部が、前記発振を抑制するための窓関数を前記第１フィルタ係数に適用した第２フィルタ係数を算出して、前記第２フィルタ係数を前記消音フィルタのフィルタ係数として設定する
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１乃至４いずれか一項に記載の信号処理装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
前記請求項１乃至４いずれか一項に記載の信号処理装置と、前記音入出力装置と、前記対象空間を構成する中空筒状の通気路と、前記通気路の一端から他端に向かう気流を発生させる送風装置とを備えることを特徴とするレンジフード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、信号処理方法、プログラム、レンジフード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、騒音源が発する音が伝播する対象空間（騒音伝播路）において騒音を低減させる技術として、アクティブノイズ制御を用いた能動騒音制御装置がある。アクティブノイズ制御とは、騒音の逆位相、同振幅のキャンセル音を放射することによって、能動的に騒音を低減させる技術である。【０００３】
このような能動騒音制御装置では、対象空間内を伝搬する音が反射することによって、消音性能が低下するという問題があった。そこで、フィルタ係数に窓関数を乗算することによって、反射波による消音性能の低下を抑制する構成が提案された（例えば、特許文献１〜３参照）。【０００４】
しかし、能動騒音制御装置では、対象空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分によって、発振、発散して、消音性能が低下することがある。しかしながら、上述の特許文献１〜３は、対象空間内を伝搬する音の反射による消音性能の悪化を抑制することを目的としており、外乱成分による消音性能の低下を抑えることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７４５９０号公報
【特許文献２】特許第４３５０９１７号公報
【特許文献３】特許第５６４６８０６号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、対象空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる信号処理装置、信号処理方法、プログラム、レンジフード装置を提供することにある。
【０００７】
本発明に係る一態様の信号処理装置は、騒音源から発せられた騒音が伝播する対象空間に設けられて前記騒音を集音する第１音入力器と、キャンセル信号を入力されて前記騒音を打ち消すキャンセル音を前記対象空間に発する音出力器と、前記対象空間において前記騒音と前記キャンセル音との合成音を集音する第２音入力器とを備える音入出力装置に組み合わせて用いられており、フィルタ係数を設定されて、前記第１音入力器の出力に基づいた前記キャンセル信号を出力する消音フィルタと、前記第１音入力器の出力、前記第２音入力器の出力に基づいて第１フィルタ係数を算出する係数演算部と、発振を抑制するための窓関数を前記第１フィルタ係数に適用した第２フィルタ係数を算出して、前記第２フィルタ係数を前記消音フィルタのフィルタ係数として設定する発振抑制部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る一態様の信号処理方法は、騒音源から発せられた騒音が伝播する対象空間に設けられて前記騒音を集音する第１音入力器と、キャンセル信号を入力されて前記騒音を打ち消すキャンセル音を前記対象空間に発する音出力器と、前記対象空間において前記騒音と前記キャンセル音との合成音を集音する第２音入力器とを備える音入出力装置に組み合わせられる信号処理装置に用いられる信号処理方法であって、フィルタ係数を設定された消音フィルタが、前記第１音入力器の出力に基づいた前記キャンセル信号を出力し、前記第１音入力器の出力、前記第２音入力器の出力に基づいて係数演算部が第１フィルタ係数を算出し、発振抑制部が、前記発振を抑制するための窓関数を前記第１フィルタ係数に適用した第２フィルタ係数を算出して、前記第２フィルタ係数を前記消音フィルタのフィルタ係数として設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る一態様のプログラムは、コンピュータを、上述の信号処理装置として機能させることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る一態様のレンジフード装置は、上述の信号処理装置と、前記音入出力装置と、前記対象空間を構成する中空筒状の通気路と、前記通気路の一端から他端に向かう気流を発生させる送風装置とを備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１のレンジフード装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態１のレンジフード装置の外観を示す斜視図である。
【図３】実施形態１の窓関数を示すグラフである。
【図４】図４Ａは、窓関数処理が実行されなかった場合のフィルタ係数の時間変動を示す図である。図４Ｂは、窓関数処理が実行されなかった場合の消音特性を示す波形図である。
【図５】図５Ａは、窓関数処理が実行された場合のフィルタ係数の時間変動を示す図である。図５Ｂは、窓関数処理が実行された場合の消音特性を示す波形図である。
【図６】実施形態２のレンジフード装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施形態３のレンジフード装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８Ａは、周波数領域でのＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いる場合のフィルタ係数の時間変動を示す。図８Ｂは、周波数領域でのＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いる場合の消音特性を示す波形図である。
【図９】実施形態４のレンジフード装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
以下の実施形態は、一般に信号処理装置、信号処理方法、プログラム、レンジフード装置に関する。より詳細にはアクティブノイズ制御を利用する信号処理装置、信号処理方法、プログラム、レンジフード装置に関する。
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の消音装置１（能動騒音制御装置）の構成を示しており、レンジフード装置２が消音装置１を備えている。
【００１５】
レンジフード装置２は、図２に示すように、台所の厨房器具の上方に配設されたダクト２１（通気路）を備える。ダクト２１は、下面に吸気口２１ａを設けた箱状に形成されている。ダクト２１は、ファン２２（図１参照）を備える。ファン２２は、吸気口２１ａからダクト２１内に室内空気を取り込んで室外に排出する。また、整流板２３が吸気口２１ａに設けられている。整流板２３は、吸気口２１ａより一回り小さく形成されており、吸気効率を向上させている。また、レンジフード装置２の前面には操作部２４が設けられている。操作部２４は、レンジフード装置２の各動作の操作スイッチ、動作状態を示す表示灯等を備える。なお、通気路を構成するダクト２１内の空間が、騒音が伝播する対象空間に相当する。
【００１６】
そして、ファン２２（送風装置）が動作すると、このファン２２が騒音源となって、ファン２２の動作音（騒音）がダクト２１内を伝播し、吸気口２１ａから室内に伝わる。そこで、ファン２２の動作時に室内に伝わる騒音を抑制するため、ダクト２１に消音装置１が設けられている。
【００１７】
ダクト２１に設けられた消音装置１は、図１に示すように、音入出力装置１１、信号処理装置１２を備える。
【００１８】
音入出力装置１１は、参照マイクロホン１１１（第１音入力器）、誤差マイクロホン１１２（第２音入力器）、スピーカ１１３（音出力器）を備える。参照マイクロホン１１１は、ダクト２１内のファン２２側に位置する。誤差マイクロホン１１２は、ダクト２１内の吸気口２１ａ側に位置する。スピーカ１１３は、ダクト２１内において、参照マイクロホン１１１と誤差マイクロホン１１２との間に位置している。すなわち、ファン２２から吸気口２１ａに至るまでに、参照マイクロホン１１１、スピーカ１１３、誤差マイクロホン１１２の順に配置されている。
【００１９】
信号処理装置１２は、増幅器１２１，１２２，１２３、Ａ／Ｄ変換器１２４，１２５、Ｄ／Ａ変換器１２６、消音制御ブロック１２７を備える。
【００２０】
参照マイクロホン１１１の出力は、増幅器１２１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２４によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１２４の出力は、消音制御ブロック１２７に入力される。
【００２１】
誤差マイクロホン１１２の出力は、増幅器１２２で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２５によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１２５の出力は、消音制御ブロック１２７に入力される。
【００２２】
消音制御ブロック１２７から出力されるキャンセル信号は、Ｄ／Ａ変換器１２６によってＤ／Ａ変換された後、増幅器１２３で増幅される。スピーカ１１３は、増幅器１２３で増幅されたキャンセル信号を入力されて、キャンセル音を発する。
【００２３】
消音制御ブロック１２７は、プログラムを実行するコンピュータで構成される。そして、消音制御ブロック１２７は、誤差マイクロホン１１２の設置点（消音点）における音圧レベルが最小になるよう、ファン２２が発する騒音を打ち消すキャンセル音をスピーカ１１３から出力させる。すなわち、スピーカ１１３がキャンセル音を出力することによって、ファン２２から吸気口２１ａを通ってダクト２１外に伝わる騒音を抑制する。この消音制御ブロック１２７は、アクティブノイズ制御を行っている。消音制御ブロック１２７は、騒音源となるファン２２の騒音変化、騒音伝播特性の変化に追従するために、適応フィルタの機能を実現する消音用プログラムを実行する。この適応フィルタのフィルタ係数の更新には、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ（Least Mean Square）逐次更新制御アルゴリズムが使用される。
【００２４】
以下、信号処理装置１２の動作について説明する。
【００２５】
まず、参照マイクロホン１１１は、ファン２２からの騒音を集音し、この集音した騒音を含む騒音信号を、信号処理装置１２へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１２４は、増幅器１２１によって増幅された騒音信号を予め決められたサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換器１２４は、Ａ／Ｄ変換した離散値を、消音制御ブロック１２７へ出力する。
【００２６】
誤差マイクロホン１１２は、消音点において、キャンセル音によって消去しきれなかった残留騒音を集音し、この集音した残留騒音に相当する誤差信号を、信号処理装置１２へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１２５は、Ａ／Ｄ変換器１２４と同じサンプリング周波数で、増幅器１２２によって増幅された誤差信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換器１２５は、Ａ／Ｄ変換した離散値を、時間領域の誤差信号Ｅ（ｎ）として消音制御ブロック１２７へ出力する。誤差信号Ｅ（ｎ）は、消音制御ブロック１２７の係数更新部１３４に入力される。なお、ｎは、Ａ／Ｄ変換後のサンプル番号である。
【００２７】
消音制御ブロック１２７は、ハウリングキャンセルフィルタ１３１（Howling Cancel Filter）、減算器１３２、補正フィルタ１３３、係数更新部１３４、消音フィルタ１３５を備える。
【００２８】
ハウリングキャンセルフィルタ１３１は、ＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）である。ハウリングキャンセルフィルタ１３１は、スピーカ１１３から参照マイクロホン１１１に至る音波の伝達特性Ｆを模擬した伝達特性Ｆ＾をフィルタ係数として設定されている。なお、伝達特性Ｆを模擬した伝達特性は、Ｆに山形の記号＾（ハット記号）を付した符号Ｆ＾で表す。また、本明細書中ではＦの斜め上に記号＾を配置し、図１、図６、図７、図９ではＦの真上に記号＾を配置しているが、いずれも伝達特性Ｆを模擬した伝達特性を表す。
【００２９】
このハウリングキャンセルフィルタ１３１は、消音フィルタ１３５が出力するキャンセル信号Ｙ（ｎ）に伝達特性Ｆ＾を畳み込み演算する。そして、減算器１３２は、Ａ／Ｄ変換器１２４の出力からハウリングキャンセルフィルタ１３１の出力を減じた信号を出力する。すなわち、参照マイクロホン１１１が集音した騒音信号からキャンセル音の回り込み成分を減算した信号が、時間領域の騒音信号Ｘ（ｎ）として減算器１３２から出力される。したがって、スピーカ１１３から発せられたキャンセル音が参照マイクロホン１１１に回り込んだとしても、ハウリングの発生を防止することができる。減算器１３２の出力は、消音フィルタ１３５、および補正フィルタ１３３に入力される。
【００３０】
消音フィルタ１３５は、ＦＩＲ型の適応フィルタであり、フィルタ係数Ｗを設定される。
【００３１】
補正フィルタ１３３は、ＦＩＲフィルタである。補正フィルタ１３３は、スピーカ１１３から誤差マイクロホン１１２に至る音波の伝達特性Ｃを模擬した伝達特性Ｃ＾をフィルタ係数として設定されている。そして、補正フィルタ１３３は、減算器１３２が出力する騒音信号Ｘ（ｎ）と伝達特性Ｃ＾との畳み込み演算を行う。補正フィルタ１３３の出力は、時間領域の参照信号Ｒ（ｎ）として係数更新部１３４に入力される。なお、伝達特性Ｃを模擬した伝達特性は、Ｃに山形の記号＾を付した符号Ｃ＾で表す。また、本明細書中ではＣの斜め上に記号＾を配置し、図１、図６、図７、図９ではＣの真上に記号＾を配置しているが、いずれも伝達特性Ｃを模擬した伝達特性を表す。
【００３２】
係数更新部１３４は、係数演算部１３４ａと、発振抑制部１３４ｂとを備える。
【００３３】
係数演算部１３４ａは、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳという周知の逐次更新制御アルゴリズムを時間領域で用いて、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）（第１フィルタ係数）を算出する。この係数演算部１３４ａは、参照信号Ｒ（ｎ）、誤差信号Ｅ（ｎ）が入力されて、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）を演算する。
【００３４】
一般に、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いたフィルタ係数Ｗ１（ｎ）の演算処理では、誤差信号Ｅ（ｎ）が最小となるようにフィルタ係数Ｗ１（ｎ）が算出される。具体的に、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）の演算処理は、更新パラメータをμ、サンプル番号をｎとすると、［数１］で表される。なお、更新パラメータμは、ステップサイズパラメータともいわれている。更新パラメータμは、ＬＭＳアルゴリズム等を用いてフィルタ係数Ｗ１（ｎ）を繰り返し算出する処理において、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）の補正量の大きさを定めるパラメータである。
【００３５】
【数１】
2016178309.tif 000003
【００３６】
発振抑制部１３４ｂは、係数演算部１３４ａがフィルタ係数Ｗ１（ｎ）を算出する毎に、このフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に図３に示す窓関数Ｈ（ｎ）を乗算する。窓関数Ｈ（ｎ）は、消音フィルタ１３５のタップ長をＮ、サンプル番号をｎ（０≦ｎ≦Ｎ）とすると、［数２］で表される。窓関数Ｈ（ｎ）の関数値は、サンプル番号ｎ＝０では「１」となり、時間が経過するにつれて関数値が徐々に減少して、サンプル番号ｎ＝Ｎでは関数値が「０」に達する。すなわち、窓関数Ｈ（ｎ）は、時間的に収束する関数である。なお、図３中で、窓関数Ｈ（ｎ）の時間長さをＴ１としており、時間長さＴ１がタップ長Ｎに相当する。また、図３に示す窓関数Ｈ（ｎ）は、分割ハニング窓とも呼ばれる。
【００３７】
【数２】
2016178309.tif 000004
【００３８】
発振抑制部１３４ｂは、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）に窓関数Ｈ（ｎ）を乗算することで、フィルタ係数Ｗ２（ｎ）（第２フィルタ係数）を導出する。フィルタ係数Ｗ２（ｎ）のゲインは、係数演算部１３４ａが算出したフィルタ係数Ｗ１（ｎ）のゲイン以下となり、時間が経過するにつれてフィルタ係数Ｗ１（ｎ）との差が大きくなる。発振抑制部１３４ｂは、このフィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗに設定することで（フィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ））、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗを更新する。すなわち、窓関数Ｈ（ｎ）の乗算処理がフィルタ係数Ｗの更新毎に繰り返され、フィルタ係数Ｗ（＝Ｗ２（ｎ））のゲインは、更新後から時間の経過に伴って減少する。
【００３９】
消音フィルタ１３５は、騒音信号Ｘ（ｎ）とフィルタ係数Ｗ（＝Ｗ２（ｎ））との畳み込み演算を行う。そして、消音フィルタ１３５は、畳み込み演算の結果をキャンセル信号Ｙ（ｎ）として出力する。キャンセル信号Ｙ（ｎ）は、Ｄ／Ａ変換器１２６によってＤ／Ａ変換が施された後、増幅器１２３で増幅され、スピーカ１１３からキャンセル音が出力される。
【００４０】
以下、本実施形態による具体的な効果について、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。
【００４１】
まず、本実施形態の発振抑制部１３４ｂが窓関数Ｈ（ｎ）の乗算処理（窓関数処理）を実行せず、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとしてフィルタ係数Ｗ１（ｎ）が設定された場合について（フィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ））、図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。
【００４２】
窓関数処理が実行されなかった場合、窓関数の時間長さＴ１に亘る時間領域の消音特性（例えば、誤差マイクロホン１１２が出力する誤差信号）は、図４Ａに示される。図４Ａにおいて、破線１０１は、安定制御が行われている場合の消音特性を示している。一方、実線１０２は、発振時の消音特性を示しており、誤差信号の発振幅が大きくなっている。すなわち、窓関数処理の未実行時に安定制御が行われている場合、誤差信号は収束傾向にある。しかし、窓関数処理の未実行時に発振している場合、誤差信号の収束傾向が低くなっており、発振時の消音性能が低下している。なお、図４Ａ中で、窓関数Ｈ（ｎ）の時間長さをＴ１としており、時間長さＴ１がタップ長Ｎに相当する。
【００４３】
また、窓関数処理が実行されなかった場合、周波数領域の消音特性は、図４Ｂに示される。図４Ｂにおいて、破線２０１は、フィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で安定制御が行われている場合の消音特性である。一方、実線２０２は、フィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で発振している場合の消音特性である。発振時の音圧は、安定制御が行われている場合に比べて高くなっており、発振時の消音性能が低下している。具体的に、消音対象となる対象帯域Ｋ１では、発振時において周波数ｆ１の音圧が高くなる。さらに、対象帯域Ｋ１より高い周波数帯域に存在し、消音対象から外れた非対象帯域Ｋ２においても、発振時の音圧が高くなっている。
【００４４】
このように、窓関数処理が実行されなかった場合、ダクト２１内の空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振が発生することがあり、発振による消音性能の低下が生じている。
【００４５】
次に、窓関数処理が実行されて、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとしてフィルタ係数Ｗ２（ｎ）が設定された場合について（フィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ））、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。
【００４６】
窓関数処理が実行された場合、窓関数の時間長さＴ１に亘る時間領域の消音特性は、図５Ａの実線１０３に示される。窓関数処理が実行されたことによって、時間領域の消音特性は、発振することなく安定しており、窓関数処理の未実行時に安定制御が行われている場合（破線１０１）とほぼ同様の消音量を維持している。
【００４７】
また、窓関数処理が実行された場合、周波数領域の消音特性は、図５Ｂの実線２０３に示される。窓関数処理が実行されたことによって、周波数領域の消音特性は、窓関数処理の未実行時に安定制御が行われている場合（破線２０１）とほぼ同様の消音量を維持している。特に、消音対象となる対象帯域Ｋ１においては、窓関数処理が実行されたことによる影響が小さく、実用上の問題がないことが判る。また、非対象帯域Ｋ２においても、消音性能の低下が抑えられている。
【００４８】
したがって、上述の信号処理装置１２は、ダクト２１内の空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる。
【００４９】
（実施形態２）
図６は、本実施形態の消音装置１Ａの構成を示す。消音装置１Ａは、信号処理装置１２Ａを備える。そして、係数更新部１３４が発振抑制部１３４ｂの代わりに発振抑制部１３４ｃを備え、さらに消音制御ブロック１２７が発振検知部１３６を備える点が実施形態１と異なる。以下、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００５０】
発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作として、２つの動作を切り替えることができる。第１動作では、発振抑制部１３４ｃは、窓関数処理が行われていないフィルタ係数Ｗ１（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとして設定することができる（フィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ））。第２動作では、発振抑制部１３４ｃは、窓関数処理が行われたフィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとして設定することができる（フィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ））。
【００５１】
また、発振検知部１３６は、発振を検知することができる。発振時におけるキャンセル音、参照信号、誤差信号の各振幅は、安定制御時に比べて大きくなる。そこで、発振検知部１３６は、スピーカ１１３への入力、参照マイクロホン１１１の出力、誤差マイクロホン１１２の出力の少なくとも１つを監視対象とする。発振検知部１３６は、監視対象の振幅が閾値以上となった場合に、発振を検知することができる。また、発振帯域は通常、事前に調べることが可能である。発振帯域としては、例えば伝達特性Ｃにおけるノッチ帯域が挙げられる。そこで、発振検知部１３６は、発振帯域において、監視対象の振幅が閾値以上となった場合に、発振を検知してもよい。
【００５２】
発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を、発振検知部１３６の検知結果に基づいて第１動作と第２動作とのいずれかに切り替える。
【００５３】
通常、発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を第１動作に設定している。すなわち、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われていないフィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で動作している。
【００５４】
そして、発振検知部１３６が発振を検知した場合、発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を第２動作に切り替える。すなわち、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われたフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作する。したがって、消音フィルタ１３５がフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作することで、発振が抑制される。
【００５５】
発振が抑制されて、発振検知部１３６が発振を検知しなくなると、発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を第１動作に切り替える。
【００５６】
したがって、通常、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われていないフィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で動作するので、従来と同様の消音特性を実現できる。また、発振が検知された場合、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われたフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作するので、発振が抑制される。
【００５７】
（実施形態３）
図７は、本実施形態の消音装置１Ｂの構成を示す。消音装置１Ｂは、信号処理装置１２Ｂを備えている。そして、信号処理装置１２Ｂは、変換部１３７，１３８をさらに備えており、係数更新部１３４が、発振抑制部１３４ｂ、係数演算部１３４ｄ、逆変換部１３４ｅで構成される点が実施形態１と異なる。すなわち、消音装置１Ｂは、周波数領域でのＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いる点が、実施形態１と異なる。以下、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００５８】
まず、消音フィルタ１３５は、キャンセル音の全周波数帯域を分割した複数の周波数ビン毎に、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）が設定される構成である。
【００５９】
そして、変換部１３７は、時間領域の参照信号Ｒ（ｎ）をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）によって周波数領域の参照信号Ｒ（ω）に変換して、係数更新部１３４へ出力する。また、変換部１３８は、時間領域の誤差信号Ｅ（ｎ）をＦＦＴによって周波数領域の誤差信号Ｅ（ω）に変換して、係数更新部１３４へ出力する。なお、ω（ｒａｄ／ｓｅｃ）は信号の角周波数である。信号の周波数ｆ（Ｈｚ）とすると、ω＝２πｆで表される。
【００６０】
係数更新部１３４の係数演算部１３４ｄは、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳという周知の逐次更新制御アルゴリズムを周波数領域で用いて、周波数領域のフィルタ係数Ｗ１（ω）（第１フィルタ係数）を算出する。この係数演算部１３４ｄは、参照信号Ｒ（ω）、誤差信号Ｅ（ω）が入力され、フィルタ係数Ｗ１（ω）を演算する。
【００６１】
具体的に、係数演算部１３４ｄは、周波数ビン毎にフィルタ係数Ｗ１（ω）を算出する。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いたフィルタ係数Ｗ１（ω）の更新処理では、誤差信号Ｅ（ω）が最小となるようにフィルタ係数Ｗ１（ω）が算出される。
【００６２】
逆変換部１３４ｅは、逆ＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を実行することによって、周波数ビン毎の周波数領域のフィルタ係数Ｗ１（ω）を、周波数ビン毎の時間領域のフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に変換する。
【００６３】
発振抑制部１３４ｂは、逆変換部１３４ｅが時間領域のフィルタ係数Ｗ１（ｎ）を更新する毎に、このフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に図３に示す窓関数Ｈ（ｎ）を乗算する。
【００６４】
発振抑制部１３４ｂは、周波数ビン毎のフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に窓関数Ｈ（ｎ）を乗算することで、周波数ビン毎のフィルタ係数Ｗ２（ｎ）（第２フィルタ係数）を導出する。フィルタ係数Ｗ２（ｎ）のゲインは、係数演算部１３４ａが算出したフィルタ係数Ｗ１（ｎ）のゲイン以下となり、時間が経過するにつれてフィルタ係数Ｗ１（ｎ）との差が大きくなる。発振抑制部１３４ｂは、このフィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗに設定することで（フィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ））、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗを周波数ビン毎に更新する。すなわち、窓関数Ｈ（ｎ）の乗算処理がフィルタ係数Ｗの更新毎に繰り返され、フィルタ係数Ｗ（＝Ｗ２（ｎ））のゲインは、更新後から時間の経過に伴って減少する。
【００６５】
消音フィルタ１３５は、騒音信号Ｘ（ｎ）を周波数ビン毎に分離し、周波数ビン毎に騒音信号Ｘ（ｎ）とフィルタ係数Ｗ（＝Ｗ２（ｎ））との畳み込み演算を行う。そして、消音フィルタ１３５は、周波数ビン毎に行われた畳み込み演算の結果の和をキャンセル信号Ｙ（ｎ）として出力する。キャンセル信号Ｙ（ｎ）は、Ｄ／Ａ変換器１２６によってＤ／Ａ変換が施された後、増幅器１２３で増幅され、スピーカ１１３からキャンセル音が出力される。
【００６６】
上述のように、係数演算部１３４ｄは、周波数領域においてフィルタ係数Ｗ１の演算処理を行うことが好ましい。
【００６７】
例えば、本実施形態の発振抑制部１３４ｂが窓関数処理を実行せず、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとしてフィルタ係数Ｗ１（ｎ）が設定された場合、フィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）の時間変動は、図８Ａの破線３０１のようになる。また、発振抑制部１３４ｂが窓関数処理を実行して、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとしてフィルタ係数Ｗ２（ｎ）が設定された場合、フィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）の時間変動は、図８Ａの実線３０２のようになる。
【００６８】
そして、窓関数処理が実行されなかった場合、消音特性は図８Ｂの破線４０１に示される。また、窓関数処理が実行された場合、消音特性は図８Ｂの実線４０２に示される。
【００６９】
周波数領域でのＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳを用いる場合に窓関数処理が実行されなければ、図８Ｂの破線４０１に示すように、対象帯域Ｋ１より高い非対象帯域Ｋ２、対象帯域Ｋ１より低い非対象帯域Ｋ３の成分が増幅される。しかしながら、窓関数処理が実行されることによって、非対象帯域Ｋ２、Ｋ３の成分が抑制されて、消音性能が向上している。
【００７０】
（実施形態４）
図９は、本実施形態の消音装置１Ｃの構成を示す。消音装置１Ｃは、信号処理装置１２Ｃを備えている。そして、係数更新部１３４が発振抑制部１３４ｂの代わりに発振抑制部１３４ｃを備え、さらに消音制御ブロック１２７が発振検知部１３６を備える点が実施形態３と異なる。なお、発振抑制部１３４ｃは実施形態２と同様の構成要素である。以下、実施形態２，３と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００７１】
発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を、発振検知部１３６の検知結果に基づいて第１動作と第２動作とのいずれかに切り替える。
【００７２】
通常、発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を第１動作に設定している。すなわち、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われていないフィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で動作している。
【００７３】
そして、発振検知部１３６が発振を検知した場合、発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を第２動作に切り替える。すなわち、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われたフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作する。したがって、消音フィルタ１３５がフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作することで、発振が抑制される。
【００７４】
発振が抑制されて、発振検知部１３６が発振を検知しなくなると、発振抑制部１３４ｃは、消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗの設定動作を第１動作に切り替える。
【００７５】
したがって、通常、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われていないフィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で動作するので、従来と同様の消音特性を実現できる。また、発振が検知された場合、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われたフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作するので、発振が抑制される。
【００７６】
以上述べた実施形態から明らかなように、本発明に係る第１の態様の信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、参照マイクロホン１１１（第１音入力器）と、スピーカ１１３（音出力器）と、誤差マイクロホン１１２（第２音入力器）とを備える音入出力装置１１に組み合わせて用いられる。参照マイクロホン１１１は、ファン２２（騒音源）から発せられた騒音が伝播する対象空間（ダクト２１内の空間）に設けられて騒音を集音する。スピーカ１１３は、キャンセル信号を入力されて騒音を打ち消すキャンセル音を対象空間に発する。誤差マイクロホン１１２は、対象空間において騒音とキャンセル音との合成音を集音する。
【００７７】
そして、信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、消音フィルタ１３５と、係数演算部１３４ａまたは１３４ｄと、発振抑制部１３４ｂまたは１３４ｃとを備える。消音フィルタ１３５は、フィルタ係数Ｗを設定されて、参照マイクロホン１１１の出力に基づいたキャンセル信号Ｙ（ｎ）を出力する。係数演算部１３４ａ，１３４ｄは、参照マイクロホン１１１の出力、誤差マイクロホン１１２の出力に基づいてフィルタ係数Ｗ１（ｎ）（第１フィルタ係数）を算出する。発振抑制部１３４ｂ，１３４ｃは、発振を抑制するための窓関数Ｈ（ｎ）をフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に適用したフィルタ係数Ｗ２（ｎ）（第２フィルタ係数）を算出する。発振抑制部１３４ｂ，１３４ｃは、フィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとして設定する。
【００７８】
すなわち、第１の態様の信号処理装置によれば、信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、参照マイクロホン１１１の出力および誤差マイクロホン１１２の出力に基づくフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に窓関数Ｈ（ｎ）を乗算することで、フィルタ係数Ｗ２（ｎ）を算出する。そして、信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、このフィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗに設定する。したがって、スピーカ１１３−参照マイクロホン１１１−信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ−スピーカ１１３の帰還経路内において、信号が帰還率１以上で正帰還する状態が継続することを防止して、発振を抑制することができる。また、スピーカ１１３−誤差マイクロホン１１２−信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ−スピーカ１１３の帰還経路内において、信号が帰還率１以上で正帰還する状態が継続することも防止して、発振を抑制することができる。
【００７９】
したがって、上述の信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、ダクト２１内の空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる。
【００８０】
なお、発振とは、ダクト２１内を伝搬する音の特定周波数の振幅が、消音制御前より増幅して、消音性能が低下する現象を指す。一方、発散とは、ダクト２１内を伝搬する音の特定周波数における振幅増幅が過度に進行し、消音フィルタ１３５の特性が大きく崩れて、異常なキャンセル音が出力される状態を指す。
【００８１】
また、本発明に係る第２の態様の信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれでは、第１の態様において、窓関数Ｈ（ｎ）は、窓関数値が時間の経過に伴って減少する特性を有することが好ましい（図３参照）。
【００８２】
第２の態様によれば、フィルタ係数Ｗ（＝Ｗ２（ｎ））のゲインは、更新後から時間の経過に伴って減少する。したがって、発振をより確実に抑制することができる。
【００８３】
また、本発明に係る第３の態様の信号処理装置１２Ｂまたは１２Ｃでは、第１または第２の態様において、係数演算部１３４ｄは、周波数領域においてフィルタ係数Ｗ１の演算処理を行うことが好ましい。
【００８４】
第３の態様によれば、時間領域におけるフィルタ係数の算出処理に比べて、周波数領域におけるフィルタ係数の算出処理は演算量が少ないので、比較的少ない演算量でフィルタ係数Ｗ１を求めることができる。
【００８５】
また、本発明に係る第４の態様の信号処理装置１２Ａまたは１２Ｃでは、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、発振抑制部１３４ｃは、第１動作と第２動作とを切り替えることができる。第１動作において、発振抑制部１３４ｃは、フィルタ係数Ｗ１（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとして設定する。第２動作において、発振抑制部１３４ｃは、フィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとして設定する。また、信号処理装置１２Ａは、発振を検知する発振検知部１３６をさらに備える。そして、発振抑制部１３４ｃは、発振が検知されていない場合に、第１動作を行い、発振が検知された場合に、第２動作を行うことが好ましい。
【００８６】
第４の態様によれば、通常、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われていないフィルタ係数Ｗ＝Ｗ１（ｎ）で動作するので、従来と同様の消音特性を実現できる。また、発振が検知された場合、消音フィルタ１３５は、窓関数処理が行われたフィルタ係数Ｗ＝Ｗ２（ｎ）で動作するので、発振が抑制される。
【００８７】
また、本発明に係る第５の態様の信号処理方法は、参照マイクロホン１１１（第１音入力器）と、スピーカ１１３（音出力器）と、誤差マイクロホン１１２（第２音入力器）とを備える音入出力装置１１に組み合わせられる信号処理装置１２に用いられる。参照マイクロホン１１１は、ファン２２（騒音源）から発せられた騒音が伝播する対象空間（ダクト２１内の空間）に設けられて騒音を集音する。スピーカ１１３は、キャンセル信号を入力されて騒音を打ち消すキャンセル音を対象空間に発する。誤差マイクロホン１１２は、対象空間において騒音とキャンセル音との合成音を集音する。
【００８８】
そして、フィルタ係数Ｗを設定された消音フィルタ１３５が、参照マイクロホン１１１の出力に基づいたキャンセル信号Ｙ（ｎ）を出力する。そして、参照マイクロホン１１１の出力、誤差マイクロホン１１２の出力に基づいて係数演算部１３４ａ，１３４ｄがフィルタ係数Ｗ１（ｎ）（第１フィルタ係数）を算出する。そして、発振抑制部１３４ｂ，１３４ｃが、発振を抑制するための窓関数Ｈ（ｎ）をフィルタ係数Ｗ１（ｎ）に適用したフィルタ係数Ｗ２（ｎ）（第２フィルタ係数）を算出する。発振抑制部１３４ｂ，１３４ｃは、フィルタ係数Ｗ２（ｎ）を消音フィルタ１３５のフィルタ係数Ｗとして設定する。
【００８９】
したがって、上述の信号処理方法も、ダクト２１内の空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる。
【００９０】
また、上述の各実施形態において信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、コンピュータを搭載しており、このコンピュータがプログラムを実行することによって、消音制御ブロック１２７の機能が実現されている。コンピュータは、プログラムを実行するプロセッサを備えたデバイスと、他の装置との間でデータを授受するためのインターフェイス用のデバイスと、データを記憶するための記憶用のデバイスとを主な構成要素として備える。プロセッサを備えたデバイスは、半導体メモリと別体であるＭＰＵ（Micro Processing Unit）のほか、半導体メモリを一体に備えるマイコン（Micro Controller）のいずれであってもよい。記憶用のデバイスは、半導体メモリのようにアクセス時間が短い記憶装置と、ハードディスク装置のような大容量の記憶装置とが併用される。
【００９１】
プログラムの提供形態としては、コンピュータに読み取り可能なＲＯＭ（Read Only Memory）、光ディスク等の記録媒体に予め格納されている形態、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給される形態等がある。
【００９２】
すなわち、本発明に係る第６の態様のプログラムは、コンピュータを、第１〜第４の態様のいずれかの信号処理装置として機能させることを特徴とする。
【００９３】
したがって、コンピュータを信号処理装置１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃとして機能させるプログラムも、上記同様の効果を奏し得る。すなわち、このプログラムも、ダクト２１内の空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる。
【００９４】
また、本発明に係る第７の態様のレンジフード装置２は、第１〜第４の態様のいずれかの信号処理装置と、音入出力装置１１と、対象空間を構成する中空筒状の通気路（ダクト２１内の空間）と、通気路の一端から他端に向かう気流を発生させる送風装置（ファン２２）とを備える。
【００９５】
したがって、上述のレンジフード装置２も、上記同様の効果を奏し得る。すなわち、このプログラムも、ダクト２１内の空間の温度、湿度、気圧等の環境条件の変化や、外乱音の侵入などの外乱成分による発振を抑制して、消音性能の低下を抑えることができる。
【００９６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００９７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  消音装置
１１  音入出力装置
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  信号処理装置
１１１  参照マイクロホン（第１の音入力器）
１１２  誤差マイクロホン（第２の音入力器）
１１３  スピーカ（音出力器）
１２７  消音制御ブロック
１３１  ハウリングキャンセルフィルタ
１３２  減算器
１３３  補正フィルタ
１３４  係数更新部
１３４ａ，１３４ｄ  係数演算部
１３４ｂ，１３４ｃ  発振抑制部
１３４ｅ  逆変換部
１３５  消音フィルタ
１３６  発振検知部
１３７，１３８  変換部
２  レンジフード装置
２１  ダクト（通気路）
２２  ファン（通風装置）
【図１】
2016178309.tif 000005
【図２】
2016178309.tif 000006
【図３】
2016178309.tif 000007
【図４】
2016178309.tif 000008
【図５】
2016178309.tif 000009
【図６】
2016178309.tif 000010
【図７】
2016178309.tif 000011
【図８】
2016178309.tif 000012
【図９】
2016178309.tif 000013
【国際調査報告】
2016178309.tif 000014
2016178309.tif 000015