(57)【要約】【課題】ヘルメットの装着者によらず十分な消音効果を得ること。【解決手段】マイク１０２の出力信号をフィルタ１１０−１〜１１０−Ｎにかけて所望の周波数帯の波形を取り出す。そして、実効値計算部１１２−１〜１１２−Ｎで、取り出された波形の実効値を計算する。制御ゲイン調節部１１４は、計算された複数の周波数帯の音圧（実効値）を用いて、制御用の指標となる音圧比を計算し、得られた音圧比を用いて、マイク１０２の出力信号のスペクトルの形状が最適となるように、制御ゲインＫ（アンプ１０８のゲイン）を調節する。  【選択図】      図１Ａ
2005189836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘルメット本体内の騒音を検出する検出手段と、
この検出手段によって検出された騒音を打ち消すための音を発生する発音手段と、
前記検出手段の出力信号を演算処理して制御信号を生成する生成手段と、
この生成手段によって生成された制御信号を増幅して前記発音手段に供給する増幅手段と、
前記検出手段の出力信号を用いて、互いに異なる周波数帯の音圧の比を取得する音圧比取得手段と、
この音圧比取得手段によって取得された前記音圧比を用いて、前記検出手段の出力信号のスペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節する調節手段と、
を有することを特徴とするアクティブ消音ヘルメット。
【請求項２】
前記検出手段は、ヘルメット本体装着時に使用者の耳元に配置されるよう、ヘルメット本体内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項３】
前記音圧比取得手段は、
前記検出手段の出力信号を互いに異なる周波数特性でフィルタリングする複数のフィルタと、
前記複数のフィルタの各出力信号を処理して互いに異なる複数の周波数帯の音圧を算出する音圧算出手段と、
この音圧算出手段によって算出された複数の周波数帯の音圧を用いて制御用の指標となる音圧比を算出する音圧比算出手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項４】
前記音圧比取得手段は、
前記検出手段の出力信号を用いて共振周波数帯の音圧を獲得する第１獲得手段と、
前記検出手段の出力信号を用いて比較の基準となる基準音圧を獲得する第２獲得手段と、
これらの第１および第２獲得手段によってそれぞれ獲得された共振周波数帯の音圧と比較用の基準音圧との比を算出する音圧比算出手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項５】
前記第２獲得手段は、前記発音手段によって発音される音によって消音される消音域および前記共振周波数帯よりもアクティブ消音による影響が少ない基準周波数域の音圧を前記基準音圧として獲得するものであることを特徴とする請求項４記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項６】
前記基準周波数域が全周波数域であることを特徴とする請求項５記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項７】
前記調節手段は、前記音圧比取得手段によって取得される音圧比が前記所定の目標スペクトルに対応する目標音圧比に近づくように前記増幅手段のゲインを調節するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項８】
前記検出手段の出力信号のスペクトルの勾配を取得する勾配取得手段をさらに有し、
前記調節手段は、
前記音圧比取得手段によって取得される音圧比および前記勾配取得手段によって取得される勾配を用いて、前記スペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節するものである、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項９】
前記調節手段は、
前記勾配取得手段によって取得される勾配に応じて、前記所定の目標スペクトルに対応する目標音圧比を可変設定する目標音圧比設定手段を有し、
前記音圧比取得手段によって取得される音圧比が、前記目標音圧比設定手段によって設定される目標音圧比に近づくように前記ゲインを調節するものである、
ことを特徴とする請求項８記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項１０】
前記目標音圧比設定手段は、
所定の騒音領域において、前記勾配の減少に対して単調増加するように前記目標音圧比を設定するものである、
ことを特徴とする請求項９記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項１１】
前記勾配取得手段は、
前記検出手段の出力信号を用いて、前記発音手段によって発音される音によって消音される消音域および前記共振周波数帯よりもアクティブ消音による影響が少ない少なくとも２つの勾配基準周波数域の音圧の比を取得することにより、前記勾配を取得するものである、
ことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項１２】
前記調節手段は、
無騒音時、前記増幅手段のゲインをゼロに設定することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のアクティブ消音ヘルメット。
【請求項１３】
車体と、
請求項１ないし１２のいずれかに記載のアクティブ消音ヘルメットとを含み、
少なくとも前記検出手段および発音手段は、前記アクティブ消音ヘルメットのヘルメット本体に備えられ、
前記アクティブ消音ヘルメットの前記検出手段および発音手段を除く残余構成部分の少なくとも一部が前記車体に備えられて車体側装置を形成しており、
前記車体側装置と前記検出手段および発音手段との間で信号を授受するための通信手段をさらに含む
ことを特徴とする車両システム。
【請求項１４】
車体と、
請求項１ないし１２のいずれかに記載のアクティブ消音ヘルメットと、
前記車体に備えられ、音情報を発生する音情報発生手段と、
この音情報発生手段が発生する音情報を前記アクティブ消音ヘルメットのヘルメット本体に伝達する伝達手段と、
前記ヘルメット本体に備えられ、前記伝達手段によって伝達される音情報を音響化する音情報発音手段とを含むことを特徴とする車両システム。
【請求項１５】
ヘルメット本体内の騒音を検出手段によって検出するステップと、
検出された騒音を打ち消すための音を発音手段から発生するステップと、
前記検出手段の出力信号を演算処理して制御信号を生成するステップと、
この生成された制御信号を増幅手段によって増幅して前記発音手段に供給するステップと、
前記検出手段の出力信号を用いて、互いに異なる周波数帯の音圧の比を取得するステップと、
この取得された前記音圧比を用いて、前記検出手段の出力信号のスペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節するゲイン調節ステップと、
を含むことを特徴とするヘルメット内騒音消音方法。
【請求項１６】
前記検出手段の出力信号のスペクトルの勾配を取得するステップをさらに含み、
前記ゲイン調節ステップは、
前記取得される音圧比および前記取得される勾配を用いて、前記スペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１５記載のヘルメット内騒音消音方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ消音ヘルメット、これを用いた車両システム、およびヘルメット内騒音消音方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、騒音源の音波と逆位相で同振幅の音波を２次的に生成し、波の干渉を利用して消音するアクティブ消音（ＡＮＣ：Active Noise Cancel or Active Noise Control）技術が注目されている。この技術は、近年のデジタル信号処理技術の発展に伴い、いろいろな分野への適用・実用化が進められている。
このようなアクティブ消音技術の一例として、例えば、特許文献１には、アクティブ消音を利用したヘッドセットが開示されている。
【０００３】
このヘッドセットは、フィードバック型のアクティブ消音装置であって、音場の内外、つまり、イヤーカップ内とイヤーカップ外にそれぞれ１つ配置されたマイクを備えている。この装置は、同一の周波数特性を持つバンドパスフィルタを用いて、ある特定の周波数帯（例えば、共振周波数帯）における音場内外の騒音を比較し、両者の比が一定値になるように制御ゲイン（アンプのゲイン）を調節することにより、消音性能の向上を図っている。
【特許文献１】特表平０８−５１０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公報記載のアクティブ消音技術は、ヘッドセットを対象としているため、ヘッドセットとは音場の性質が異なるヘルメットには適用が困難である。
具体的には、ヘッドセットでは、消音対象の騒音源が遠方にあるのに対し、ヘルメットでは、ヘルメット内に多数の騒音源が存在する。すなわち、ヘルメットの場合に消音対象となる騒音は、主に、オートバイなどの自動二輪車の走行時にライダーがさらされる風切音である。また、車両から発生する騒音やロードノイズもヘルメット内に入ってくる。したがって、内部に多数の騒音源が発生して複雑な音場が形成されるヘルメットの場合には、単に音場内外の騒音を比較するだけでは、十分な消音効果を得ることができない。
【０００５】
さらに言えば、ヘルメットの場合は、使用者（ヘルメット装着者）の顔や頭の形状などの個体差に基づいて、個人差が現れやすい。主な理由は、顔や頭の形状によってヘルメットとの間に形成される空間が個人ごとに異なるからであると考えられる。例えば、第１に、ヘルメット装着者の耳元空間の音響伝達特性（ゲイン特性）には個人差があることがわかっている（図１３参照）。この個人差は、伝達系の違い、より具体的には、制御対象の周波数伝達関数（以下、「耳元伝達関数」という。）の違いに相当する。また、第２に、風切音（騒音）のスペクトルの勾配にも個人差があることもわかっている（図１４参照）。すなわち、風切音のスペクトルは一般に右下がりの形状となるが、個人差によりその勾配が異なる。
【０００６】
図１３は、耳元伝達関数の個人差を示すグラフである。このグラフは、実験の結果の一例を示している。図１３に示すように、周波数スペクトルの形（周波数間の相対的な関係）は複数の使用者間でほぼ同じであるが、伝達関数のゲインは、使用者によって異なっている。例えば、図１３の例では、使用者Ｑ1と使用者Ｑ2とのゲインの差は、最大で約９ｄＢ（約３倍）ある。ゲインが３倍異なると、スピーカから同じ音量の音が出ていてもマイク出力信号は３倍も異なることになる。
【０００７】
このように制御対象のゲインに個人差がある場合、それに応じた制御ゲインの調節が必要になる。もし個人差を考慮せずに制御ゲインを一律に調節すると、使用者によっては制御ゲインが効き過ぎて発散してしまったり、逆に、制御ゲインが効かずに、発散はしなくても消音量が期待していたよりも小さくなってしまったりすることがある。例えば、使用者Ｑ1の場合には、使用者Ｑ2の場合に比べて制御ゲインＫが３倍で効く。そのため、使用者が使用者Ｑ1であるにもかかわらず、使用者Ｑ2に合わせた制御ゲイン調節を行うと、制御ゲインが効き過ぎて発散してしまうおそれがある。逆に、使用者が使用者Ｑ2であるのに、使用者Ｑ1に合わせて制御ゲインを調節していると、制御ゲインが１/３倍で効いてくるため、発散はしなくとも消音量が期待していたよりも小さくなってしまう。
【０００８】
図１４は、風切音のスペクトル勾配の個人差を示す図である。図１４に示すように、風切音の音圧は一般に周波数が低いほど高く周波数が高いほど低くなっているが、その勾配に個人差がある。図１４に示す例では、使用者Ｍ1のスペクトル勾配は使用者Ｍ2のスペクトル勾配よりも緩やかである。勾配が緩やかであるほど、高周波成分が風切音全体に占める割合が大きくなる。このように風切音のスペクトル勾配に個人差がある場合においても、後述するように、それに応じた制御ゲインの調節が必要になる。
【０００９】
この点、上記公報記載のアクティブ消音技術では、個人差が考慮されておらず、各個人に応じた効率的なアクティブ消音制御を行うことができない。すなわち、ただ単にある特定の周波数帯における音場内外の騒音の比が一定値になるように制御を行うだけであるため、イヤーカップ内外の伝達率の個人差に適応できない。
特にヘルメットの場合は、上記のように個人差が現れやすいため、消音効果を高めるためには個人差に適応可能であることが望まれる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ヘルメットの装着者によらず十分な消音効果を得ることができるアクティブ消音ヘルメット、これを用いた車両システム、およびヘルメット内騒音消音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】
【００１１】
本発明のアクティブ消音ヘルメットは、ヘルメット本体内の騒音を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された騒音を打ち消すための音を発生する発音手段と、前記検出手段の出力信号を演算処理して制御信号を生成する生成手段と、この生成手段によって生成された制御信号を増幅して前記発音手段に供給する増幅手段と、前記検出手段の出力信号を用いて、互いに異なる周波数帯の音圧の比を取得する音圧比取得手段と、この音圧比取得手段によって取得された前記音圧比を用いて、前記検出手段の出力信号のスペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節する調節手段と、を有する構成を採る。
【００１２】
なお、本明細書において、音圧とは、音波形の振幅の平均値を意味する。
この構成によれば、検出手段（マイク）の出力信号を用いて互いに異なる周波数帯の音圧の比を取得し、得られた音圧比を用いて検出手段（マイク）の出力信号のスペクトルの
形状が最適となるように増幅手段のゲインが調節される。そのため、検出手段（マイク）の出力信号の絶対値によらない制御が可能となり、耳元伝達関数の個人差に対応することができ、ヘルメットの装着者によらず十分な消音効果を得ることができる。
【００１３】
前記検出手段は、ヘルメット本体装着時に使用者の耳元に配置されるよう、ヘルメット本体内に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、ヘルメット本体装着時に検出手段（マイク）が使用者の耳元に配置されるため、使用者が聞く音に近い音に基づいてアクティブ消音が行われ、アクティブ消音の精度を向上することができる。
【００１４】
前記音圧比取得手段は、前記検出手段の出力信号を互いに異なる周波数特性でフィルタリングする複数のフィルタと、前記複数のフィルタの各出力信号を処理して互いに異なる複数の周波数帯の音圧を算出する音圧算出手段と、この音圧算出手段によって算出された複数の周波数帯の音圧を用いて制御用の指標となる音圧比を算出する音圧比算出手段と、  を有することが好ましい
この構成によれば、周波数特性が互いに異なる複数のフィルタを設け、これら複数のフ
ィルタの各出力信号を処理して互いに異なる複数の周波数帯の音圧を算出し、算出した複
数の周波数帯の音圧を用いて制御用の指標となる音圧比を算出するため、比較的簡単な回
路で制御用の指標となる音圧比を取得することができる。
【００１５】
また、前記音圧比取得手段は、前記検出手段の出力信号を用いて共振周波数帯の音圧を獲得する第１獲得手段と、前記検出手段の出力信号を用いて比較の基準となる基準音圧を獲得する第２獲得手段と、これらの第１および第２獲得手段によってそれぞれ獲得された共振周波数帯の音圧と比較用の基準音圧との比を算出する音圧比算出手段とを有する構成としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、共振周波数帯の音圧および比較の基準となる基準音圧をそれぞれ獲得し、両者の比を算出するため、比較的簡単に制御用の指標となる音圧比を取得することができる。
前記第２獲得手段は、前記発音手段によって発音される音によって消音される消音域および前記共振周波数帯よりもアクティブ消音による影響が少ない基準周波数域の音圧を前記基準音圧として獲得するものであることが好ましい。
【００１７】
これにより、音圧比算出手段によって算出される音圧比は、共振周波数帯の音圧の増減に対応する値となる。したがって、増幅手段のゲインの調整によって共振周波数帯の音圧レベルを調整でき、これにより、所望のスペクトルを得ることができる。
前記基準周波数域は、全周波数域であってもよい。すなわち、全周波数域の音圧レベルを基準としてもよい。これは、全周波数域の音圧レベルはスペクトルの形状にほとんど依存しないと考えられるからである。
【００１８】
前記調節手段は、前記音圧比取得手段によって取得される音圧比が前記所定の目標スペクトルに対応する目標音圧比に近づくように前記増幅手段のゲインを調節するものであることが好ましい。これにより、簡単な制御で、検出手段の出力信号のスペクトルを目標スペクトルに近づけることができ、良好な消音効果が得られる。
前記アクティブ消音ヘルメットは、前記検出手段の出力信号のスペクトルの勾配を取得する勾配取得手段をさらに有することが好ましい。この場合に、前記調節手段は、前記音圧比取得手段によって取得される音圧比および前記勾配取得手段によって取得される勾配を用いて、前記スペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節するものであることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、検出手段（マイク）の出力信号のスペクトルの勾配をさらに取得し
、得られた音圧比および勾配を用いて増幅手段のゲインが調整される。これにより、検出手段（マイク）の出力信号のスペクトルが最適化され、耳元伝達関数の個人差に加えて検出手段（マイク）の出力信号のスペクトルの勾配の個人差にも対応することができる。これにより、ヘルメットの装着者によらずより一層十分な消音効果を得ることができる。
【００２０】
前記調節手段は、前記勾配取得手段によって取得される勾配に応じて、前記所定の目標スペクトルに対応する目標音圧比を可変設定する目標音圧比設定手段を有し、前記音圧比取得手段によって取得される音圧比が、前記目標音圧比設定手段によって設定される目標音圧比に近づくように前記ゲインを調節するものであることが好ましい。
この構成によれば、勾配に応じて目標音圧比が可変設定され、異なる周波数帯の音圧比が当該目標音圧比に近づくように増幅手段のゲインが調節される。そのため、簡単な制御方法で検出手段（マイク）の出力信号のスペクトルの勾配の個人差に対応することができる。
【００２１】
前記目標音圧比設定手段は、所定の騒音領域において、前記勾配の減少に対して単調増加するように前記目標音圧比を設定するものであってもよい。
この構成によれば、騒音領域において、勾配の減少に対して単調増加するように目標音圧比が可変設定されるため、増音量を許容範囲内に抑えることができる。
なお、騒音領域とは、実質的に騒音が発生している状況で、前記勾配取得手段によって取得される勾配の値がとりうる区間である。
【００２２】
前記勾配取得手段は、前記検出手段の出力信号を用いて、前記発音手段によって発音される音によって消音される消音域および前記共振周波数帯よりもアクティブ消音による影響が少ない少なくとも２つの勾配基準周波数域の音圧の比を取得することにより、前記勾配を取得するものであることが好ましい。
この構成によれば、アクティブ消音による影響が少ない少なくとも２つの周波数帯の音圧の比を取得するため、比較的簡単にスペクトルの勾配を取得することができる。
【００２３】
前記調節手段は、無騒音時、前記ゲインをゼロに設定することが好ましい。
この構成によれば、無騒音時に、ゲインをゼロに設定するため、不必要にゲインを上げ
ることがなくなり、不要なアクティブ消音の実施を回避することができる。
アクティブ消音ヘルメットの構成部分は、その全てがヘルメット本体に取り付けられていてもよいが、必ずしもその必要があるわけではない。たとえば、前記検出手段および発音手段を使用者の耳元に対応するようにヘルメット本体に取り付け、その他の部分の少なくとも一部は、ヘルメット本体とは別の装置として構成してもよい。
【００２４】
この発明の一つの車両システムは、車体と、上述のアクティブ消音ヘルメットとを含み、少なくとも前記検出手段および発音手段は、前記アクティブ消音ヘルメットのヘルメット本体に備えられ、前記アクティブ消音ヘルメットの前記検出手段および発音手段を除く残余の構成部分の少なくとも一部が前記車体に備えられて車体側装置を形成しており、前記車体側装置と前記検出手段および発音手段との間で信号を授受するための通信手段をさらに含む。
【００２５】
この構成により、アクティブ消音ヘルメットの構成部分の一部を車体に配置することができる。
この発明の他の車両システムは、車体と、上述のアクティブ消音ヘルメットと、前記車体に備えられ、音情報を発生する音情報発生手段と、この音情報発生手段が発生する音情報を前記アクティブ消音ヘルメットのヘルメット本体に伝達する伝達手段と、前記ヘルメット本体に備えられ、前記伝達手段によって伝達される音情報を音響化する音情報発音手段とを含む。
【００２６】
この構成により、個人差によらずにヘルメット本体内の騒音が消音されている状態で、車体側の音情報発生手段からの音情報をヘルメット装着者に提供することができる。これにより、ヘルメット装着者は、提供される音情報を快適に聞き取ることができる。
音情報発生手段の例としては、音声案内情報を生成するナビゲーションシステム、携帯電話のような移動電話機、ラジオ、オーディオ装置などを挙げることができる。
【００２７】
また、伝達手段には、音情報発生手段とヘルメット本体との間をケーブルで接続する有線通信手段のほか、赤外線通信や電波通信による無線通信手段も適用できる。
音情報発音手段の典型例は、ヘルメット本体内に装備されるスピーカである。たとえば、ヘルメット本体内に装備されたスピーカを音情報発音手段と消音のための発音手段とに共用してもよいし、音情報発音手段および消音用の発音手段として各別のスピーカをヘルメット本体内に設けてもよい。
【００２８】
この発明のヘルメット内騒音消音方法は、ヘルメット本体内の騒音を検出手段によって検出するステップと、検出された騒音を打ち消すための音を発音手段から発生するステップと、前記検出手段の出力信号を演算処理して制御信号を生成するステップと、この生成された制御信号を増幅手段によって増幅して前記発音手段に供給するステップと、前記検出手段の出力信号を用いて、互いに異なる周波数帯の音圧の比を取得するステップと、この取得された前記音圧比を用いて、前記検出手段の出力信号のスペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節するゲイン調節ステップとを含む。
【００２９】
これにより、耳元伝達関数の個人差に適応したアクティブ消音が可能になる。
前記方法は、前記検出手段の出力信号のスペクトルの勾配を取得するステップをさらに含むことが好ましく、この場合、前記ゲイン調節ステップは、前記取得される音圧比および前記取得される勾配を用いて、前記スペクトルが所定の目標スペクトルに近づくように前記増幅手段のゲインを調節するステップを含むことが好ましい。
【００３０】
これにより、検出手段の出力信号のスペクトルの個人差に適応したアクティブ消音が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１Ａは、本発明の一実施の形態に係るアクティブ消音ヘルメットのシステム構成を示すブロック図、図１Ｂは、そのアクティブ消音ヘルメットの外観図である。
このアクティブ消音ヘルメット１００は、ヘルメットに適用されたフィードバック型のアクティブ消音装置であって、ヘルメット内の騒音（風切音など）を検出する検出手段としてのマイク１０２と、検出された騒音を能動的に打ち消す音（２次音）を発生する発音手段としてのスピーカ１０４と、マイク１０２の出力信号を演算処理して、消音用の音（２次音）を発生させるための制御信号を生成する生成手段としての制御回路１０６と、生成された制御信号を増幅してスピーカ１０４に供給する増幅手段としてのアンプ１０８とを有する。
【００３２】
マイク１０２とスピーカ１０４は、ヘルメット本体１０の外郭１内の適切な所定位置に配置される。具体的には、図１Ａに示すように、マイク１０２とスピーカ１０４とは、使用者Ｐがヘルメット本体１０を装着した状態で、使用者Ｐの耳元空間に位置するようにそれぞれ配置される。特にマイク１０２は、使用者Ｐが聞く音に近い音を検出できるよう、使用者Ｐの耳元とスピーカ１０４との間にあって、使用者Ｐの耳元に位置するように配置される。このマイク１０２の位置が消音点となる。なお、図１Ｂにおいて、「３」はカバー、「５」はシールドである。
【００３３】
制御回路１０６は、マイク１０２によって測定されたヘルメット内の耳元空間の所定位置（消音点）の音波形の瞬時値を取り込み、耳元空間内の消音点の音圧レベルが最小にな
るように、スピーカ１０４を駆動する制御信号を算出する。この制御信号がアンプ１０８を介してスピーカ１０４に与えられることにより、スピーカ１０４から音が耳元空間に放射される。これにより、使用者Ｐの耳元の騒音が相殺される。すなわち、制御回路１０６は、マイク１０２の位置で音が最小となるようにスピーカ１０４の出力を適応制御する。
【００３４】
ここで、フィードバック型アクティブ消音の基本原理について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係るアクティブ消音ヘルメットが対象とする制御系の構成を示す図である。図２中、「Ｐ」は制御対象の周波数伝達関数（耳元伝達関数）、「Ｃ」は制御フィルタ、つまり、制御回路１０６の周波数伝達関数、「Ｋ」は制御ゲイン（アンプ１０８のゲイン）、「ｙ」はマイク１０２の出力、「ｗ」は騒音（風切音）である。なお、「ｒ」はシステムへの入力であり、ここではゼロ（０）である。
【００３５】
このアクティブ消音ヘルメット１００においては、マイク１０２の出力ｙが、使用者Ｐが聞く音に近いため、この値を小さくすることを目的とする。周知の自動制御理論によれ
ば、制御フィルタＣを耳元伝達関数Ｐの逆関数に設計した場合、制御ゲインＫを大きくすればマイク出力ｙはゼロ（０）に近づくはずである。しかし、全周波数域で制御フィルタＣを耳元伝達関数Ｐの逆関数に設計するのは困難であり、制御ゲインＫを大きくすると、ある周波数（共振周波数）において、次第に増音し、ついには発散（ハウリング）してしまう。このように消音と増音とは表裏一体であり、増音を適度に抑えながら消音の効果を十分発揮するためには、制御ゲインＫを適切な値に調節する必要がある。
【００３６】
例えば、実験の結果、消音対象の周波数域である１００〜４００Ｈｚの領域（消音域）では、アクティブ消音の効果があり、制御ゲインＫを大きくすればするほど消音量も大きくなることがわかっている。これに対し、２.５ｋＨｚ付近には共振周波数が存在し、制御ゲインＫを大きくすればするほど増音量が大きくなることがわかっている。このように、制御量（ここではマイク出力ｙ）をある周波数帯で下げようとすると別の周波数帯で上がってしまう現象は、一般に、「ウォータベット効果」として知られている。
【００３７】
また、前述のように、耳元伝達関数には個人差があることがわかっている（図１３参照）。すなわち、耳元伝達関数の位相には個人差が少なく、そのゲインの形状（周波数依存性）にも個人差が少ないが、ゲインの大きさが使用者によって全体的にシフトしている。よって、個人差を考慮せずに制御ゲインを一律に調節すると、前述のように、使用者によっては制御ゲインＫが効き過ぎて発散してしまったり、逆に、制御ゲインＫが効かずに、発散はしなくても消音量が期待していたよりも小さくなってしまったりすることがある。したがって、制御対象のゲインに個人差がある場合にも、それに応じた制御ゲインＫの調節が必要になる。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、個人差に応じてアンプ１０８のゲイン（制御ゲインＫ）を適応的に調節するため、アクティブ消音ヘルメット１００は、図１Ａに示すように、さらに、マイク１０２の出力信号を互いに異なる周波数特性でフィルタリングする複数（Ｎ個）のフィルタ１１０−１〜１１０−Ｎと、対応するフィルタ１１０の出力信号の実効値（ＲＭＳ：Root Mean Square value）を計算する複数（Ｎ個）の実効値計算部１１２−１〜１１２−Ｎと、得られた複数の実効値を用いて制御ゲインＫを調節する調節手段としての制御ゲイン調節部１１４とを有する。制御ゲインＫを調節するアルゴリズムは、あらかじめ制御ゲイン調節部１１４内のメモリ１１６に格納されている。
【００３９】
Ｎ個のフィルタ１１０−１〜１１０−Ｎによって、マイク１０２の出力信号から所望の周波数帯の波形が必要な数（Ｎ個）だけ取り出される。そして、対応する実効値計算部１１２によって、取り出された波形の実効値が計算される。この実効値は、対応する周波数帯の音圧に対応しており、したがって、実効値計算部１１２は音圧算出手段に相当する。
制御ゲイン調節部１１４は、計算された複数の周波数帯の音圧（実効値）を用いて、制御用の指標となる音圧比を計算する音圧比算出手段としての機能をも有し、得られた音圧比を用いて、マイク１０２の出力信号のスペクトルの形状が最適となるように、制御ゲインＫを調節する。制御ゲインＫを調節する具体的な方法については、後で詳細に説明する。
【００４０】
なお、フィルタ１１０は、バンドパスフィルタに限定されず、必要に応じてハイパスフィルタやローパスフィルタも使用される。また、必要に応じて、信号をそのまま通過（スルー）させるフィルタも使用される。
また、周波数帯の音圧の計算方法は、実効値に限定されず、例えば、絶対値平均であってもよく、その他パスカル（Ｐａ）の次元で音圧の大きさの指標となるものであれば何でもよい。
【００４１】
また、本実施の形態の制御方法は、デジタル回路でもアナログ回路でも実現することが
できるが、以下では、デジタル回路で実現する場合を例にとって説明する。
（制御方法１）
図３は、本実施の形態に係るアクティブ消音制御を実現するデジタル回路の一例を示すブロック図である。また、図４は、このデジタル回路によって実現されるアクティブ消音制御を説明するための図である。なお、図１Ａと共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を一部省略する。
【００４２】
マイク１０２の出力信号（マイク位置の音圧値）は、制御回路１０６に入力される。制御回路１０６は、マイク１０２の出力信号に基づいて、所定のアルゴリズムにより、スピーカ１０４を駆動する制御信号を生成し、生成した制御信号をＡ／Ｄ変換器２０２を介してデジタルアンプ１０８ａに出力する。デジタルアンプ１０８ａは、制御回路１０６で生成された制御信号を制御ゲインＫで増幅した後、Ｄ／Ａ変換器２０４を介してスピーカ１０４に出力する。スピーカ１０４は、増幅後の制御信号を入力として、消音用の音を耳元空間に放射して騒音を相殺する。
【００４３】
一方、マイク１０２の出力信号（マイク位置の音圧値）は、フィルタ２０６−１、２０６−２にもそれぞれ入力される。フィルタ２０６−１は、ある特定の周波数帯（例えば、中心周波数ｆｒ）の信号を選択して通過させるフィルタであり、フィルタ２０６−２は、別の特定の周波数帯（例えば、中心周波数ｆｗ）の信号を選択して通過させるフィルタである。周波数ｆｒは、アクティブ消音（ＡＮＣ）による影響が少ない周波数帯域の中心周波数であり、周波数ｆｗは、共振周波数である（図４参照）。なお、図４中、「Ｎ1」は、ヘルメット内のＡＮＣ前の騒音のスペクトルを示し、「Ｎ2」は、ヘルメット内のＡＮＣ後の騒音のスペクトルを示す。
【００４４】
各フィルタ２０６−１、２０６−２を通過した信号Ｘｒ、Ｘｗは、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器２０８−１、２０８−２を介して音圧算出部２１０−１、２１０−２に入力される。音圧算出部２１０−１は、フィルタ２０６−１を通過した信号Ｘｒの平均値（音圧）Ｌｒを算出し、音圧算出部２１０−２は、フィルタ２０６−２を通過した信号Ｘｗの平均値（音圧）Ｌｗを算出する（図４参照）。このように、フィルタ２０６−２および音圧算出部２１０−２は、共振周波数帯の音圧を獲得する第１獲得手段に相当し、フィルタ２０６−１および音圧算出部２１０−１は、比較の基準となる基準音圧を獲得する第２獲得手段に相当する。フィルタ通過信号の平均値の算出方法は、例えば、実効値（ＲＭＳ）でも絶対値平均でもよい。
【００４５】
そして、音圧算出部２１０−１、２１０−２で算出された音圧Ｌｒ、Ｌｗは、それぞれ、音圧比算出部２１２に入力される。音圧比算出部２１２は、入力された音圧Ｌｒ、Ｌｗの比Ｊ（＝Ｌｗ／Ｌｒ）を算出する。
そして、音圧比算出部２１２で算出された音圧比Ｊは、調節部２１４に入力される。調節部２１４は、入力された音圧比Ｊを用いて、積分制御（Ｉ制御）によって制御ゲインＫ（デジタルアンプ１０８ａのゲイン）を調節する。
【００４６】
具体的には、次の（式１）に示すように、音圧比Ｊの目標値Ｊd（目標音圧比）を予め定めておき、この目標値Ｊdに対する音圧比Ｊの偏差（Ｊd−Ｊ）を時間積分し、その絶対値をとって制御ゲインＫが定められる。
【００４７】
【数１】
2005189836.tif 000003
要するに、このデジタル回路によって実現されるアクティブ消音制御では、フィルタリングと音圧算出処理によって特定の周波数帯ｆｒ、ｆｗの音圧Ｌｒ、Ｌｗを算出し、両者の比Ｊ（＝Ｌｗ／Ｌｒ）を用いて制御ゲインＫを調節する。
【００４８】
なお、図３の回路では、一例として、例えば、デジタルアンプ１０８ａ、音圧算出部２１０−１、２１０−２、音圧比算出部２１２、および調節部２１４は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）２１６によって構成されている。
制御用の指標となる音圧比Ｊを構成する音圧の周波数帯は、上記の周波数帯ｆｒ、ｆｗに限定されない。例えば、下記の（式２）〜（式５）を用いて制御ゲインＫを調節してもよい。
【００４９】
【数２】
2005189836.tif 000004
【００５０】
【数３】
2005189836.tif 000005
【００５１】
【数４】
2005189836.tif 000006
【００５２】
【数５】
2005189836.tif 000007
ここで、「Ｌ1」はマイク１０２の出力信号ｙにハイパスフィルタ（中心周波数ｆｗ）をかけて得た信号の絶対値平均（共振周波数域の音圧レベルに相当する。）であり、「Ｌ2」はマイク１０２の出力信号ｙをそのまま通過させた場合のその信号ｙの絶対値平均（基準周波数域としての全周波数域の音圧レベルに相当する。）である。両者の比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ2）は、風切音全体の中で高周波成分（共振周波数を含む）が占める割合を意味する。また、Ｊdは音圧比Ｊの最適値（目標値）であり、ｋpは適当な定数である。また、（式２）中のＦ1は、前記ハイパスフィルタに対応する演算子を表す。すなわち、信号ｙ(t)をハイパスフィルタによってフィルタリングした結果が「Ｆ1ｙ(t)」と表されている。
【００５３】
図３Ａは、前記（式２）〜（式５）を用いて制御ゲインＫを調整する場合の構成例を示すブロック図である。この図３Ａにおいて、図３に示された各部に対応する部分は、同一の参照符号を付して示す。
マイク１０２の出力信号（マイク位置の音圧値）は、フィルタ２０６−１Ａ、２０６−２Ａにそれぞれ入力される。フィルタ２０６−１Ａは、全周波数域の信号を通過させるスルーフィルタであり、フィルタ２０６−２Ａは、前述の共振周波数ｆｗを中心とした周波数帯（共振周波数帯）の信号を選択して通過させるフィルタ（演算子Ｆ1に対応するもの）である。
【００５４】
各フィルタ２０６−１Ａ、２０６−２Ａを通過した信号ｙ、Ｘ1は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器２０８−１Ａ、２０８−２Ａを介して音圧算出部２１０−１Ａ、２１０−２Ａに入力される。音圧算出部２１０−１Ａは、フィルタ２０６−１Ａを通過した信号ｙの平均値（音圧）Ｌ2（前記（式３））を算出し、音圧算出部２１０−２Ａは、フィルタ２０６−２Ａを通過した信号Ｘ1の平均値（音圧）Ｌ1（前記（式２））を算出する（図４参照）。このように、フィルタ２０６−２Ａおよび音圧算出部２１０−２Ａは、共振周波数帯の音圧を獲得する第１獲得手段として機能し、フィルタ２０６−１Ａおよび音圧算出部２１０−１Ａは、基準周波数帯の音圧を獲得する第２獲得手段として機能している。フィルタ通過信号の平均値の算出方法は、例えば、実効値（ＲＭＳ）でも絶対値平均でもよい。
【００５５】
音圧算出部２１０−１Ａ、２１０−２Ａで算出された音圧Ｌ1、Ｌ2は、それぞれ、音圧比算出部２１２Ａに入力される。音圧比算出部２１２Ａは、入力された音圧Ｌ1、Ｌ2の比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ2）（前記（式４））を算出する。
音圧比算出部２１２Ａで算出された音圧比Ｊは、調節部２１４Ａに入力される。調節部２１４Ａは、入力された音圧比Ｊを用い、前記（式５）による積分制御（Ｉ制御）によって制御ゲインＫ（デジタルアンプ１０８ａのゲイン）を調節する。
【００５６】
制御ゲインを定める（式１）および（式５）には２つの機能がある。第１の機能は、音圧比Ｊが目標値Ｊdに近づくように制御ゲインＫを調節することであり、第２の機能は、制御ゲインＫをゼロ（０）以上の値にとどめることである。第１の機能は、積分制御（Ｉ制御）によって実現され、第２の機能は、（式１）および（式５）中の絶対値計算によって実現される。ここで、積分制御を行う理由は、音圧比Ｊと目標値Ｊdの間に、比例制御（Ｐ制御）や微分制御（Ｄ制御）では除去しきれない定常偏差が発生するのを防ぐためである。よって、少なくとも積分制御を含めばよく、積分制御に比例制御および／または微分制御を組み合わせることは可能である。
【００５７】
また、絶対値計算を行う理由は、制御ゲインＫをデジタルで調節する場合はＫの値が負になる可能性があり、これによる誤動作（発散現象）を防止するためである。
より具体的に説明すると、（Ｊd−Ｊ）に時間を掛けて積分した値をゲインＫとすることにより、音圧比Ｊが目標値Ｊdよりも小さいときは、ゲインＫが徐々に大きくなり、同時に音圧比Ｊも大きくなる。逆に、音圧比Ｊが目標値Ｊdよりも大きいときには、ゲインＫが徐々に小さくなり、同時に音圧比Ｊも小さくなる。こうして、音圧比Ｊは目標値Ｊdへと収束していき、マイク１０２の出力信号のスペクトルが最適化されていく。
【００５８】
一方、制御ゲインＫが小さくなっていって負の値をとると発振（ハウリング）が生じるので、これを防止するために積分値の絶対値を制御ゲインＫとしている。これにより、制御ゲインＫの下限値を「０」に制限できる。
よって、制御ゲインＫに対して音圧比Ｊが単調増加することはあらかじめわかっているため、（式１）または（式５）の積分制御によって制御ゲインＫを最適な値に調節することができる。
【００５９】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、本実施の形態に係るアクティブ消音制御による効果を説明するための図であって、図５Ａは、風切音が大きい状態での効果を示す図、図５Ｂは、風切音が小さい状態での効果を示す図、図５Ｃは、風切音がない状態での効果を示す図である。
本実施の形態に係るアクティブ消音制御、例えば、（式２）〜（式５）に基づくアクティブ消音制御によって、耳元伝達関数の個人差を解消することができるとともに、風切音の大小によらない最適制御を可能にすることができる。
【００６０】
すなわち、本実施の形態では、騒音（風切音）のスペクトル形状をある目標のスペクトル形状に収束させることを、アクティブ消音制御の目標の一つとしている。目標のスペクトル形状の一例としては、例えば、音圧Ｌ2が音圧Ｌ1の１０倍（音圧レベルでは＋２０ｄＢ）、つまり、（式５）における目標値Ｊd＝１／１０と設定することになる。そして、現在の音圧Ｌ1、Ｌ2の比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ2）が目標値Ｊdと一致するように、（式５）により制御ゲインＫを調節する。すなわち、本実施の形態では、異なる周波数帯の音圧の比を用いるため、マイク出力信号の絶対値に依存しない制御を行うことができる。
【００６１】
さらに説明すると、アクティブ消音（ＡＮＣ）によって共振周波数帯の音圧Ｌ1が増音されるとき、使用者Ｐは、その「やかましさ」をＡＮＣ前の音圧Ｌ1との比較によって認識する。これは、ＡＮＣによる影響が少ない周波数帯ｆ3での音圧をＬ3とすると、ＡＮＣ後の音圧Ｌ3を同じくＡＮＣ後の音圧Ｌ1と比較することによって認識すると言い換えることができる。音圧Ｌ3は、ＡＮＣによってその音圧がほとんど変化しないからである（全体の騒音レベルの大小には影響される）。このことから、消音域（ＡＮＣによる消音対象の周波数域。主要な風切音の周波数域）の音がほどよく消音され、かつ、共振周波数帯の音があまり「やかましく」感じられない、適度な、音圧Ｌ3とＬ1との相対関係（ＡＮＣ後の音圧比）が存在するはずである。このような適度な相対関係は、ある特定の周波数帯の音圧Ｌ3とＬ1に限ったことではなく、すべての周波数の間に存在する。したがって、一般に、ＡＮＣ後のスペクトル形状として、快適さの点で適当なスペクトル形状が存在すると言える。
【００６２】
全周波数域の音圧レベルを表す前述の音圧Ｌ2は、ＡＮＣ前後でほとんど変化しない値として用いることができるから、音圧比Ｊ＝Ｌ1／Ｌ2は、制御ゲインＫに依存するスペクトル形状を表す値である。そこで、この音圧比Ｊを目標値Ｊdに近づけるように制御ゲインＫを調整することで、適切なスペクトルを実現できる。
例えば、図５Ａおよび図５Ｂにおいて、低周波域（消音域）の騒音が大きい場合（音圧比Ｊが小さい場合）は制御ゲインＫを高くする。これにより、同図中の矢印Ａで示すように、低周波域の騒音が低下する。一方、高周波域（共振周波数域）の騒音が大きい場合（音圧比Ｊが大きい場合）は制御ゲインＫを小さくする。これにより、同図中の矢印Ｂで示すように、高周波域の騒音が低下する。制御ゲインＫのこのような制御が、前記（式１）または（式５）による積分制御によって自動的に行われ、これによって、適度な目標スペクトル形状に収束していくことになる。
【００６３】
しかも、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、目標スペクトル形状は全体の騒音レベルの大小によらない。つまり、風切音の大小により目標スペクトルの形状が変わることはなく、この目標スペクトルを代表する目標値Ｊdは一定値として差し支えない。したがって、音圧比Ｊを用いた前述の積分制御によって制御ゲインＫを調整することで、風切音の大小によらない最適制御が可能になる。
【００６４】
風切音にアクティブ消音をかけることの最終目標は、上記のように、風切音のスペクトル形状を、快適さの点で適当なスペクトル形状に収束させることである。どの使用者Ｐであっても制御ゲインＫを調節すればその目標スペクトル形状に収束させることができるが、耳元伝達関数の個人差のために、収束させるための制御ゲインＫの値が使用者Ｐによって異なる。したがって、個人差解消のためには、ただ単に制御ゲインを調節するのではなく、スペクトルの形状を直接監視しながら適当な形状に収束するように制御ゲインＫを調節するべきである。このこともまた、前述の音圧比Ｊを用いた積分制御によって実現されることになる。
【００６５】
また、風切音がない状態では、制御ゲインＫはゼロ（０）に設定され、図５Ｃに示すように、アクティブ消音は行われず、不必要にノイズ信号を増音してしまうこともない。すなわち、風切音が無い状態では、マイク出力信号において暗騒音（主として高周波域の音）が支配的となる。そのため、全騒音の中で高周波成分が占める割合は、風切音が有る状態と比較して大きくなる。よって、音圧比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ2またはＬｗ／Ｌｒ）の値は目標値Ｊdを超え、例えば、（式５）に従って制御ゲインＫは減少し続ける。ただし、絶対値計算のためＫの値が負になることが防止されるから、最終的にはＫ＝０へと収束し、スピーカ１０４の出力がゼロ（０）になる。つまり、アクティブ消音は行われない。
【００６６】
（制御方法２）
以上、耳元伝達関数の個人差を解消する方法について説明したが、前述のように、風切音のスペクトルの勾配に個人差がある場合もある。すなわち、風切音のスペクトルは一般に右下がりの形状となるが、個人差によりその勾配が変化する場合があることがわかっている（図１４参照）。前述の音圧比Ｊは、スペクトル勾配に依存するため、その目標値Ｊdを一定値に定めると、風切音のスペクトルの勾配に関する個人差は必ずしも解消できない。
【００６７】
図１４は、風切音のスペクトルの勾配の個人差を示す図である。図１４に示すように、風切音の音圧は一般に周波数が低いほど高く、周波数が高いほど低くなっているが、その勾配に個人差がある場合がある。図１４に示す例では、使用者Ｍ1は使用者Ｍ2よりも勾配が緩やかである。勾配が通常よりも緩やかな場合は、高周波成分が風切音全体に占める割合も大きい。よって、ＡＮＣによってあまり消音していない（つまり、共振周波数域においてあまり増音されていない）状態でも音圧比Ｊは大きい値をとるため、制御ゲインＫは通常よりも小さい目に調節され、消音効果が小さい。一方、逆の場合、つまり、勾配が通常よりも急な場合は、音圧比Ｊは比較的小さい値をとることになるから、制御ゲインＫは通常よりも大きくなり、共振周波数域における増音が大きくなってしまう。
【００６８】
そこで、ここでは、耳元伝達関数の個人差のみならず風切音のスペクトル勾配の個人差にも対応可能なアクティブ消音制御の方法について説明する。
図６は、本実施の形態に係るアクティブ消音制御を実現するデジタル回路の他の一例を示すブロック図である。また、図７は、このデジタル回路によって実現されるアクティブ消音制御を説明するための図である。なお、図３と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を一部省略する。
【００６９】
本制御方法の特徴は、図３または図３Ａに示す構成による前述の制御方法１では、音圧比Ｊの目標値Ｊdが一定値であるのに対し、目標値Ｊdを風切音のスペクトル勾配の関数としたことである。
本制御方法では、マイク１０２の出力信号（マイク位置の音圧値）は、３つのフィルタ３０２−１、３０２−３、３０２−４にそれぞれ入力される。フィルタ３０２−１は、ある特定の周波数帯（例えば、周波数ｆ1）の信号を選択して通過させるフィルタであり、フィルタ３０２−３は、別の特定の周波数帯（例えば、周波数ｆ3）の信号を選択して通過させるフィルタであり、フィルタ３０２−４は、さらに別の特定の周波数帯（例えば、周波数ｆ4）の信号を選択して通過させるフィルタである。周波数ｆ1は、共振周波数であり、周波数ｆ3、ｆ4は、それぞれ、アクティブ消音（ＡＮＣ）による影響が少ない周波数（図７参照）であって、スペクトルの勾配を求めるための２つの勾配基準周波数域内の周波数である。なお、図７中、「Ｎ1」は、ヘルメット内のＡＮＣ前の騒音のスペクトルを表し、「Ｎ2」は、ヘルメット内のＡＮＣ後の騒音のスペクトルを表している。
【００７０】
各フィルタ３０２−１、３０２−３、３０２−４を通過した信号Ｘ1、Ｘ3、Ｘ4は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器３０４−１、３０４−３、３０４−４を介して音圧算出部３０６−１、３０６−３、３０６−４に入力される。音圧算出部３０６−１は、フィルタ３０２−１を通過した信号Ｘ1の平均値（音圧）Ｌ1を算出し、音圧算出部３０６−３は、フィルタ３０２−３を通過した信号Ｘ3の平均値（音圧）Ｌ3を算出し、音圧算出部３０６−４は、フィルタ３０２−４を通過した信号Ｘ4の平均値（音圧）Ｌ4を算出する（図７参照）。フィルタ通過信号の平均値の算出方法は、例えば、実効値（ＲＭＳ）でも絶対値平均でもよい。
【００７１】
そして、音圧算出部３０６−１、３０６−３で算出された音圧Ｌ1、Ｌ3は、それぞれ、音圧比算出部３０８に入力される。音圧比算出部３０８は、入力された音圧Ｌ1、Ｌ3の比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ3）を算出する。
一方、音圧算出部３０６−３、３０６−４で算出された音圧Ｌ3、Ｌ4は、マイク出力信号のスペクトルの勾配を取得する勾配取得手段としての音圧比算出部３１０に入力される。音圧比算出部３１０は、入力された音圧Ｌ3、Ｌ4の比Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）を算出する。この音圧比Ｑは、マイク出力信号のスペクトルの勾配、つまり、風切音のスペクトルの勾配を示している。一般に、風切音が支配的な状況においては、Ｑは１以下の値をとり、風切音が無くなり暗騒音が支配的となると、Ｑは１に近い値をとる。
【００７２】
音圧比算出部３１０で算出された音圧比Ｑは、目標音圧比設定手段としての目標値算出部３１２に入力される。目標値算出部３１２は、入力された音圧比Ｑを用いて、あらかじめ設定されたＪd関数（目標音圧比関数）に従って、目標値Ｊdを算出する。Ｊd関数は、後述するように、音圧比Ｊの目標値Ｊdを、音圧比Ｑ（つまり、風切音のスペクトル勾配）の関数としたものである。
【００７３】
そして、音圧比算出部３０８で算出された音圧比Ｊおよび目標値算出部３１２で算出された目標値Ｊdは、調節部３１４に入力される。調節部３１４は、入力された音圧比Ｊおよび目標値Ｊdを用いて、積分制御（Ｉ制御）によって制御ゲインＫ（デジタルアンプ１０８ａのゲイン）を調節する。
具体的には、下記の（式６）に示すように、目標値Ｊdに対する音圧比Ｊの偏差（Ｊd−Ｊ）を時間積分し、その絶対値をとって制御ゲインＫが定められる。
【００７４】
【数６】
2005189836.tif 000008
図８は、Ｊd関数の一例を示す図である。Ｊd関数は、図８に示すように、風切音がある領域（風切音領域。騒音領域）と、風切音がない領域（無風領域。無騒音時）とで、それぞれ異なる特性を有する。具体的には、Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）が小さい風切音領域では、目標値ＪdはＱに対して単調増加し、Ｑが１に近い無風領域では、目標値Ｊdは「１」よりも小さい値をとることが好ましい。図８の例では、風切音領域と無風領域との間に目標値Ｊdのピークｐが位置し、このピークｐを境に、無風領域側ではＱに対して目標値Ｊdが単調減少し、さらに、無風領域においては「１」よりも小さなほぼ一定値Ｃとされている。この一定値Ｃは、ピークｐでの目標値Ｊdよりも小さく、風切音領域における目標値Ｊdの下限値よりも大きく定められている。
【００７５】
図８Ａは、Ｊd関数の他の例を示す図である。この例では、目標値Ｊdは、風切り音領域においてはＱに対して単調増加し、無風領域においては「１」以下のほぼ一定値とされている。そして、風切り音領域と無風領域との間には、ピークは存在しない。
なお、図８および図８Ａの例では、目標値Ｊdの上限値がほぼ「１」に等しくなっているが、目標値Ｊdの上限値を「１」よりも大きく定めることが適切な場合もあり、また、「１」よりも小さな値に定めることが適切な場合もある。また、図８および図８Ａの例では、無風領域において、目標値ＪdはＱによらずに一定値としているが、Ｑに対して目標値Ｊdが単調減少するようにしてもよい。
【００７６】
より具体的には、風切音領域では、Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）が小さい、つまり、スペクトルの勾配が急な場合は、音圧比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ3）の目標値Ｊdを小さくしてＬ１の値を比較的小さくし、逆に、Ｑが大きい、つまり、スペクトルの勾配が緩やかな場合は、音圧比Ｊの目標値Ｊdを大きくしてＬ１の値を比較的大きくする。よって、風切音領域では、Ｊd関数は右肩上がりとなる。
【００７７】
これに対し、無風領域では、スペクトルの勾配がさらに緩やかになってほぼフラットになる（Ｑ≒１）。そこで、目標値Ｊdを小さく１以下に設定する。これにより、Ｌ1の値を小さくするために制御ゲインＫを小さくし、最終的にはゼロ（０）になるため、不必要なＡＮＣを行わずに済むことになる。
なお、図６の回路では、一例として、例えば、デジタルアンプ１０８ａ、音圧算出部３
０６−１、３０６−３、３０６−４、音圧比算出部３０８、３１０、目標値算出部３１２
、および調節部３１４は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３１６によって構成されて
いる。
【００７８】
また、音圧比Ｊおよびスペクトルの勾配を表すＱの値の基礎となる音圧の周波数帯は、上記の周波数帯ｆ1、ｆ3、ｆ4に限定されない。例えば、下記の（式７）〜（式１３）を用いて制御ゲインＫを調節してもよい。
【００７９】
【数７】
2005189836.tif 000009
【００８０】
【数８】
2005189836.tif 000010
【００８１】
【数９】
2005189836.tif 000011
【００８２】
【数１０】
2005189836.tif 000012
【００８３】
【数１１】
2005189836.tif 000013
【００８４】
【数１２】
2005189836.tif 000014
【００８５】
【数１３】
2005189836.tif 000015
ここで、（式７）、（式９）、（式１１）、（式１３）は、それぞれ、前述の（式２）〜（式５）と同じである。すなわち、音圧比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ2）は、風切音中に共振周波数帯の成分が占める割合である。また、Ｆ1，Ｆ3，Ｆ4は、それぞれ、中心周波数ｆ1，ｆ3，ｆ4のフィルタを表すフィルタ演算子であり、信号ｙ(t)をそれらのフィルタでフィルタリングした結果が、「Ｆ1ｙ(t)」、「Ｆ3ｙ(t)」、「Ｆ4ｙ(t)」と表されている。
【００８６】
このような制御を行うことにより、風切音のスペクトル勾配の個人差に対応し、かつ、無風時には不必要なアクティブ消音（ＡＮＣ）を行わないように、制御ゲインＫを調節することができる。
図６Ａは、前記（式７）〜（式１３）を用いて制御ゲインＫを調整する場合の構成例を示すブロック図である。この図６Ａにおいて、図６に示された各部に対応する部分は、同一の参照符号を付して示す。
【００８７】
マイク１０２の出力信号は、前述の３つのフィルタ３０２−１（演算子Ｆ1に対応）、３０２−３（演算子Ｆ3に対応）、３０２−４（演算子Ｆ4に対応）に加えて、全周波数域の信号を通過させるスルーフィルタ３０２−２にも入力されるようになっている。このフィルタ３０２−２を通過した信号ｙは、Ａ／Ｄ変換器３０４−２でディジタル信号に変換された後、音圧算出部３０６−２に入力される。音圧算出部３０６−２は、フィルタ３０２−２を通過した信号ｙの平均値（音圧）Ｌ2（全周波数域の平均音圧レベル）を算出する（前記（式８））。フィルタ通過信号の平均値の算出方法は、例えば、実効値（ＲＭＳ）でも絶対値平均でもよい。
【００８８】
音圧算出部３０６−１、３０６−２で算出された音圧Ｌ1（前記（式７））、Ｌ2は、音圧比算出部３０８Ａに入力される。音圧比算出部３０８は、入力された音圧Ｌ1、Ｌ2の比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ2）（前記（式１１））を算出する。
一方、音圧算出部３０６−３、３０６−４で算出された音圧Ｌ3（前記（式９））、Ｌ４（前記（式１０））は、図６の構成の場合と同様に、音圧比算出部３１０に入力される。
【００８９】
そして、音圧比算出部３０８Ａで算出された音圧比Ｊおよび目標値算出部３１２で算出された目標値Ｊd（前記（式１２））は、調節部３１４Ａに入力される。調節部３１４Ａは、入力された音圧比Ｊおよび目標値Ｊdを用いて、積分制御（Ｉ制御）によって制御ゲインＫ（デジタルアンプ１０８ａのゲイン）を調節する（前記（式１３））。
制御ゲインを定める（式６）および（式１３）には、制御方法１の場合と同じく、２つの機能がある。第１の機能は、音圧比Ｊが目標値Ｊdに近づくように制御ゲインＫを調節することであり、第２の機能は、制御ゲインＫをゼロ（０）以上の値にとどめることである。すなわち、（Ｊd−Ｊ）に時間を掛けて積分した値をゲインＫとすることにより、音圧比Ｊが目標値Ｊdよりも小さいときは、ゲインＫが徐々に大きくなり、同時に音圧比Ｊも大きくなる。逆に、音圧比Ｊが目標値Ｊdよりも大きいときには、ゲインＫが徐々に小さくなり、同時に音圧比Ｊも小さくなる。こうして、音圧比Ｊは目標値Ｊdへと収束していき、マイク１０２の出力信号のスペクトルが最適化されていく。一方、制御ゲインＫが小さくなっていって負の値をとると発振（ハウリング）が生じるので、これを防止するために積分値の絶対値を制御ゲインＫとしている。
【００９０】
以下、風切音領域でスペクトル勾配が急な場合、風切音領域でスペクトル勾配が緩やかな場合、および無風領域（スペクトル勾配がフラット）の場合を例にとって、本制御の作用効果について説明する。
図９Ａは、風切音領域でスペクトル勾配が急な場合のスペクトル例を示し、図９Ｂはこの場合の制御方法を示し、図９Ｃはその制御の効果を示している。
【００９１】
風切音領域でスペクトルの勾配が急な場合、つまり、Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）が小さい場合は（図９Ａ参照）、共振周波数帯ｆ1における増音量ΔＬを許容範囲内に抑えるように制御ゲインＫを制御する。具体的には、Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）が小さいため、図８または図８ＡのＪd関数に従って、目標値Ｊdが小さく設定される。これにより、Ｌ3に対してＬ１の目標値が相対的に下がり、図中の矢印の長さが大きくなる。よって、音圧比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ3）が小さくなるように制御ゲインＫが調節される（図９Ｂ参照）。この結果、増音量ΔＬを一定の許容範囲内に抑えることができる（図９Ｃ参照）。
【００９２】
図１０Ａは、風切音領域で勾配が緩やかな場合のスペクトルの例を示し、図１０Ｂはその場合の制御方法を示し、図１０Ｃはその制御方法の効果を示している。
風切音領域でスペクトルの勾配が緩やかな場合、つまり、Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）が大きい場合は（図１０Ａ参照）、共振周波数帯ｆ1における増音量ΔＬを許容範囲内に抑えるように制御ゲインＫを制御する。具体的には、Ｑ（＝Ｌ4／Ｌ3）が大きいため、図８または図８ＡのＪd関数に従って、目標値Ｊdが大きく設定される。これにより、Ｌ3に対してＬ1の目標値が相対的に上がり、図中の矢印の長さが短くなる。よって、音圧比Ｊ（＝Ｌ1／Ｌ3）が大きくなるように制御ゲインＫが調節される（図１０Ｂ参照）。この結果、増音量ΔＬを一定の許容範囲内に抑えることができる（図１０Ｃ参照）。
【００９３】
図１１Ａは、無風領域（勾配がフラット）の場合のスペクトルを示し、図１１Ｂは、その場合の制御方法を示し、図１１Ｃはその制御方法による効果を示している。
無風領域の場合、つまり、スペクトルの勾配がフラットな場合は（図１１Ａ参照）、アクティブ消音（ＡＮＣ）を行わない。具体的には、図８または図８ＡのＪd関数に従って、目標値Ｊdを１よりも十分小さく設定する。このとき、Ｌ1とＬ3はほぼ等しいため、Ｊの値はほぼ１に等しく、また、ＪをＪdに近づけるために（Ｌ1を下げるように）制御ゲインＫが調節される。具体的には、制御ゲインＫをどんどん小さくしようとする。一方で、（式１３）には絶対値記号が付いているため、Ｋはゼロ（０）以上の値しかとれない。よって、制御ゲインＫはゼロ（０）になる（図１１Ｂ参照）。この結果、スピーカ１０４の出力はゼロ（０）になり、アクティブ消音（ＡＮＣ）がかからないことになる。なお、図１１Ａ中、「Ｎ0」は暗騒音である。
【００９４】
このように、本制御方法によれば、音圧比Ｊの目標値Ｊdを風切音のスペクトル勾配Ｑに応じて変更するため、風切音のスペクトルの勾配に個人差が生じても対応することができる。
なお、上記の制御方法では、各種パラメータをそれぞれ１つだけ用いているが、これに限定されるわけではなく、たとえば、複数（Ｍ個）の音圧比Ｊ1〜ＪMを用いることも可能である。具体的には、複数（Ｍ個）の音圧比Ｊ1〜ＪMの平均をとる。これにより、精度が向上する。例えば、図１２Ａでは、風切音の勾配と共振周波数の音圧をそれぞれ１つのパラメータ値で表す場合を示している。これに対し、図１２Ｂでは、風切音の勾配と共振周波数の音圧をそれぞれ２つのパラメータ値の平均で表す場合を示している。
【００９５】
図１５は、この発明の他の実施の形態を説明するための図であり、前述のようなアクティブ消音ヘルメットを備えた車両システムの全体構成が示されている。また、図１６は、この車両システムの電気的構成を示すブロック図である。これらの図１５および図１６では、前述の図１Ａおよび図１Ｂに示された各部に対応する部分は、同一の参照符合で示す。
【００９６】
この実施形態では、アクティブ消音ヘルメットの構成要素のうち、マイク１０２およびスピーカ１０４（たとえば平板スピーカ）のみがヘルメット本体１０に取り付けられており、制御回路１０６などの残余の構成部分は、車両の一例としての二輪車両の車体２０に取り付けられた車体側装置としてのＡＮＣコントローラアンプ２１に備えられている。そして、このＡＮＣコントローラアンプ２１とマイク１０２およびスピーカ１０４との間は、複数本のケーブルを束ねたワイヤハーネス２２を介して有線接続されている。
【００９７】
ワイヤハーネス２２は、マイク１０２の出力信号をＡＮＣコントローラアンプ２１に入力するためのマイク信号ライン２３と、ＡＮＣコントローラアンプ２１からの消音のための制御信号をスピーカ１０４に供給するための音声信号ライン２４とを備えた通信手段を形成している。
音声信号ライン２４には、さらに、車体２０に備えられた音情報発生装置３０が接続されている。この音情報発生装置３０は、音声信号を生成する音源部３１と、この音源部３１が生成した音声信号を増幅して音声信号ライン２４に送出するアンプ３２とを備えている。したがって、音声信号ライン２４は、音声信号をヘルメット本体１０に伝達する伝達手段としての機能をも担っている。
【００９８】
こうして、ヘルメット１０本体内に備えられたスピーカ１０４からは、常時、消音のための制御信号が発音されるとともに、音情報発生装置３０から発生された音声信号が必要時に音響化されることになる。つまり、スピーカ１０４は、音情報を音響化する音情報発音手段としても機能することになる。このようにして、ヘルメット本体１０の装着者は、風切音が良好に消音された状況下で、音情報発生装置３０が発生する音情報を聴取できる。
【００９９】
音情報発生装置３０は、音声案内を行うナビゲーション装置であってもよいし、ラジオやオーディオプレーヤ等のオーディオ装置であってもよいし、携帯電話機（たとえば、会話のための基本機能のほかにメール読み上げ機能を有するもの）であってもよい。
ＡＮＣコントローラアンプ２１および音情報発生装置３０とヘルメット本体１０との間は、必ずしも有線接続する必要はなく、赤外線通信等の無線通信によって、それらの間の信号の授受を行うようにしてもよい。
【０１００】
また、ＡＮＣコントローラアンプ２１の内部構成としては、前述の図３、図３Ａ、図６および図６Ａのいずれに示されたものが適用されてもよい。
むろん、上記の実施の形態は、ヘルメットが必要とされる限りにおいて、四輪車両にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態に係るアクティブ消音ヘルメットのシステム構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】アクティブ消音ヘルメットの外観図である。
【図２】前記実施の形態に係るアクティブ消音ヘルメットが対象とする制御系の構成を示す図である。
【図３】前記実施の形態に係るアクティブ消音制御を実現するデジタル回路の一例を示すブロック図である。
【図３Ａ】前記実施の形態に係るアクティブ消音制御を実現するデジタル回路の他の例を示すブロック図である。
【図４】図３のデジタル回路によって実現されるアクティブ消音制御を説明するための図である。
【図５Ａ】前記実施の形態に係るアクティブ消音制御による風切音が大きい状態での効果を示す図である。
【図５Ｂ】風切音が小さい状態での効果を示す図である。
【図５Ｃ】風切音がない状態での効果を示す図である。
【図６】前記実施の形態に係るアクティブ消音制御を実現するデジタル回路のさらに他の例を示すブロック図である。
【図６Ａ】前記実施の形態に係るアクティブ消音制御を実現するデジタル回路のさらに他の例を示すブロック図である。
【図７】図６のデジタル回路によって実現されるアクティブ消音制御を説明するための図である。
【図８】Ｊd関数（目標音圧比関数）の一例を示す図である。
【図８Ａ】Ｊd関数（目標音圧比関数）の他の例を示す図である。
【図９Ａ】風切音領域で勾配が急な場合のスペクトルを示す図である。
【図９Ｂ】風切音領域で勾配が急な場合の制御方法を示す図である。
【図９Ｃ】当該制御方法による効果を示す図である。
【図１０Ａ】風切音領域で勾配が緩やかな場合のスペクトルを示す図である。
【図１０Ｂ】風切音領域で勾配が緩やかな場合の制御方法を示す図である。
【図１０Ｃ】当該制御方法による効果を示す図である。
【図１１Ａ】無風領域（勾配がフラット）の場合のスペクトルを示す図である。
【図１１Ｂ】無風領域の場合の制御方法を示す図である。
【図１１Ｃ】当該制御方法による効果を示す図である。
【図１２Ａ】風切音の勾配と共振周波数の音圧をそれぞれ１つのパラメータ値で表す場合を示す図である。
【図１２Ｂ】風切音の勾配と共振周波数の音圧をそれぞれ２つのパラメータ値の平均で表す場合を示す図である。
【図１３】耳元伝達関数の個人差を示すグラフである。
【図１４】風切音のスペクトル勾配の個人差を示す図である。
【図１５】この発明の他の実施の形態を説明するための図であり、アクティブ消音ヘルメットを備えた車両システムの全体構成を示す。
【図１６】図１５の車両システムの電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１００  アクティブ消音ヘルメット
１０２  マイク
１０４  スピーカ
１０６  制御回路
１０８  アンプ
１０８ａ  デジタルアンプ
１１０−１〜１１０−Ｎ、２０６−１、２０６−２、２０６−１Ａ、２０６−２Ａ、３０２−１〜３０２−４  フィルタ
１１２−１〜１１２−Ｎ  実効値計算部
１１４  制御ゲイン調節部
２１０−１、２１０−２、２１０−１Ａ、２１０−２Ａ、３０６−１〜３０６−４  音圧算出部
２１２、２１２Ａ、３０８、３０８Ａ、３１０  音圧比算出部
２１４、２１４Ａ、３１４、３１４Ａ  調節部
３１２  目標値算出部
１０    ヘルメット本体
２０    車体
２１    ＡＮＣコントローラアンプ
２２    ワイヤハーネス
２３    マイク信号ライン
２４    音声信号ライン
３０    音情報発生装置
３１    音源部
３２    アンプ
Ｎ1  ヘルメット内ＡＮＣ前騒音
Ｎ2  ヘルメット内ＡＮＣ後騒音
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１５】
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