(57)【要約】【課題】少ないコストで効果的に騒音を低減させることが可能な音響処理装置を提供する。【解決手段】ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を集音する第１集音部と、第１ノイズ信号に基づいてキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成する第１信号処理部と、第１疑似ノイズ信号に対してキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成する第２信号処理部と、第１ノイズ低減信号と第２ノイズ低減信号とを加算する加算部と、加算部の出力を筐体内に放音する放音部と、を備え、第１疑似ノイズ信号は、第１集音部の出力から、放音部から第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性が与えられた加算部の出力を減算した信号である、音響処理装置が提供される。【選択図】図１
2017217106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を集音する第１集音部と、
前記第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成する第１信号処理部と、
第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成する第２信号処理部と、
前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算する加算部と、
前記加算部の出力を前記筐体内に放音する放音部と、
を備え、
前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性が与えられた前記加算部の出力を減算した信号である、音響処理装置。
【請求項２】
前記筐体の外部に設けられ、前記ノイズ源からの第２ノイズ信号を収音する第２集音部と、
前記第２集音部で集音された前記第２ノイズ信号に基づいて前記キャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第３ノイズ低減信号を形成する第３信号処理部と、
をさらに備え、
前記加算部は、前記第１ノイズ低減信号、前記第２ノイズ低減信号、及び前記第３ノイズ低減信号を加算する、請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項３】
前記第２ノイズ信号を分析する分析部と、
前記分析部の分析結果に基づいて前記第１〜第３信号処理部の少なくともいずれかで使用されるフィルタを選択する選択部と、
をさらに備える、請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項４】
前記第１疑似ノイズ信号を分析する分析部と、
前記分析部の分析結果に基づいて前記第１〜第３信号処理部の少なくともいずれかで使用されるフィルタを選択する選択部と、
をさらに備える、請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項５】
前記フィルタの切り替わりの際に出力を徐々に変化させる変化部を備える、請求項４に記載の音響処理装置。
【請求項６】
前記第１信号処理部をｎ個（ｎは２以上の整数）備え、
それぞれの前記第１信号処理部は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた前記第１信号処理部の出力を減算した第ｎ疑似ノイズ信号に基づいて第ｎノイズ低減信号を形成する、請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項７】
前記第２信号処理部は、前記第２ノイズ低減信号の形成の替わりに前記第１疑似ノイズ信号と同相の信号を形成する、請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項８】
前記第３信号処理部は、前記第３ノイズ低減信号の形成の替わりに前記第２ノイズ信号と同相の信号を形成する、請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項９】
外部からの音響信号に対して前記模擬伝達特性を与える第４信号処理部をさらに備え、
前記第１信号処理部は、前記第１ノイズ信号から、前記第４信号処理部の出力を減算したものに基づいて第１ノイズ低減信号を形成する、請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項１０】
前記第３ノイズ低減信号に対して前記模擬伝達特性を与える第４信号処理部をさらに備え、
前記第１信号処理部は、前記第１ノイズ信号から、前記第４信号処理部の出力を減算したものに基づいて第１ノイズ低減信号を形成する、請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項１１】
前記第４信号処理部は、さらに外部からの音響信号に対して前記模擬伝達特性を与える、請求項１０に記載の音響処理装置。
【請求項１２】
前記第１疑似ノイズ信号の状態を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記加算部の出力を調整する調整部と、
を備える、請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項１３】
前記検出部は、外部からの音響信号に基づいて前記第１疑似ノイズ信号の状態を検出する、請求項１２に記載の音響処理装置。
【請求項１４】
前記第１疑似ノイズ信号の状態を、前記第３ノイズ低減信号に基づいて検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記加算部の出力を調整する調整部と、
を備える、請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項１５】
前記検出部は、外部からの音響信号に基づいて前記第１疑似ノイズ信号の状態を検出する、請求項１４に記載の音響処理装置。
【請求項１６】
ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を第１集音部で集音することと、
前記第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成することと、
第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成することと、
前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算することと、
前記加算した後の信号を放音部から前記筐体内に放音させることと、
前記加算した後の信号に前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性を与えることと、
を含み、
前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた信号を減算した信号である、音響処理方法。
【請求項１７】
第１集音部で集音される、ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成することと、
第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成することと、
前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算することと、
前記加算した後の信号を放音部から前記筐体内に放音させることと、
前記加算した後の信号に前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性を与えることと、
をコンピュータに実行させ、
前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた信号を減算した信号である、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、音響処理装置、音響処理方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
イヤホンやヘッドホン等を通じて楽曲等を聴く際に、外部環境の騒音（ノイズ）を低減（キャンセル）して、聴取者（ユーザ）に対して良好な楽曲再生環境を提供するノイズキャンセリングシステムが知られている。例えば、特許文献１には、筐体の内側に設置されたマイクロフォンを用いたフィードバック型のノイズキャンセリング手法と、筐体の外側に設置されたマイクロフォンを用いたフィードフォワード型のノイズキャンセリング手法とを統合したツイン型の騒音低減装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１６７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ツイン型の騒音低減装置は、騒音を効果的に低減させることができる。しかし、ツイン型の騒音低減装置は、筐体の内側と外側の両方にマイクロフォンを設置する必要があり、コストの上昇やデバイス規模の拡大に繋がる。【０００５】
そこで、本開示では、少ないコストで効果的に騒音を低減させることが可能な、新規かつ改良された音響処理装置、音響処理方法及びコンピュータプログラムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を集音する第１集音部と、前記第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成する第１信号処理部と、第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成する第２信号処理部と、前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算する加算部と、前記加算部の出力を前記筐体内に放音する放音部と、備え、前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性が与えられた前記加算部の出力を減算した信号である、音響処理装置が提供される。【０００７】
また本開示によれば、ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を第１集音部で集音することと、前記第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成することと、第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成することと、前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算することと、前記加算した後の信号を放音部から前記筐体内に放音させることと、前記加算した後の信号に前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性を与えることと、を含み、前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた信号を減算した信号である、音響処理方法が提供される。【０００８】
また本開示によれば、第１集音部で集音される、ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成することと、第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成することと、前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算することと、前記加算した後の信号を放音部から前記筐体内に放音させることと、前記加算した後の信号に前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性を与えることと、をコンピュータに実行させ、前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた信号を減算した信号である、コンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本開示によれば、少ないコストで効果的に騒音を低減させることが可能な、新規かつ改良された音響処理装置、音響処理方法及びコンピュータプログラムを提供することが出来る。【００１０】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１０の構成例を示す説明図である。
【図２】ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１００の構成例を示す説明図である。
【図３】フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理の信号処理ブロックを示す説明図である。
【図４】ＣＣＴ方式とＩＭＣ方式とを組み合わせてフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置２００の構成例を示す説明図である。
【図５】ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図６】フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理と、ダブルフィードバック方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図７】フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理と、ダブルフィードバック方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図８】ノイズのパターンの例を示す説明図である。
【図９】ダブルフィードバック方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図１０】フィルタ回路３０４の構成例を示す説明図である。
【図１１】ボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂの特性例を示す説明図である。
【図１２】多重化されたＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置４００の構成例を示す説明図である。
【図１３】騒音低減装置２００の構成例を示す説明図である。
【図１４】騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図１５】騒音低減装置５００の構成例を示す説明図である。
【図１６】騒音低減装置６００の構成例を示す説明図である。
【図１７】騒音低減装置７００の構成例を示す説明図である。
【図１８】騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図１９】騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図２０】騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【図２１】騒音低減装置を備えた自動車用シート８００の外観例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の実施の形態
１．１．概要
１．２．構成例
１．３．変形例
２．まとめ
【００１４】
＜１．本開示の実施の形態＞
［１．１．概要］
本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、まず本開示の実施の形態の概要を説明する。
【００１５】
イヤホンやヘッドホン等を通じて楽曲等を聴く際に、外部環境の騒音（ノイズ）を低減（キャンセル）して、聴取者（ユーザ）に対して良好な楽曲再生環境を提供するノイズキャンセリングシステムが知られている。特に、携帯型音楽プレーヤが普及している昨今においては、音楽の試聴環境は主として家の外で有り、ヘッドホンを使用して音楽を聴くユーが多い。そのため、周囲の騒音を低減して、騒音下においても静寂な環境と同様の状況で音楽を聴取可能なノイズキャンセル機能への要望が高まっている。
【００１６】
ノイズキャンセル処理には、一般的にフィードバック型とフィードフォワード型とが知られている。また、上述したように、フィードバック型とフィードフォワード型とを組み合わせたツイン型のノイズキャンセル処理を行う技術も提案されている。ここではフィードバック型のノイズキャンセル処理の概要を説明する。
【００１７】
フィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、古典制御理論に基づいて設計されることが多い。以下の説明では、古典制御理論に基づくフィードバック型のノイズキャンセル方式を、Classical  Control  Theoryの頭文字を取りＣＣＴ方式と称することにする。
【００１８】
図１は、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１０の構成例を示す説明図である。図１に示したように、騒音低減装置１０は、マイクロフォン１１と、フィルタ回路１２と、スピーカ１３と、を含んで構成される。
【００１９】
マイクロフォン１１は、ユーザの耳に近いとされる位置に設けられ、ユーザの耳に近い位置の音を集音する。従って、マイクロフォン１１は、耳に達しようとする外部の騒音を集音する。マイクロフォン１１は、集音した音をノイズ信号ｄとしてフィルタ回路１２に出力する。マイクロフォン１１にて集音された音は、フィルタ回路１２、及びスピーカ１３とマイクロフォン１１との間の伝達関数Ｆを経由して、マイクロフォン１１に再度集音される。従って、マイクロフォン１１と、フィルタ回路１２と、スピーカ１３とで、いわゆる閉ループが形成される。
【００２０】
フィルタ回路１２は、マイクロフォン１１から出力されるノイズ信号に対する所定のフィルタ処理を実施して、ユーザの耳に達する外部の騒音を打ち消すためのノイズキャンセル信号を生成する。フィルタ回路１２は、マイクロフォン１１から出力されるノイズ信号に対して、パラメータβ１によってゲイン、位相、振幅特性を操作する。フィルタ回路１２は、例えばＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成されていてもよく、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成されていてもよい。
【００２１】
スピーカ１３は、フィルタ回路１２から出力されるノイズキャンセル信号に基づいて振動板（図示せず）が振動することで音声を出力する構成となっている。スピーカ１３から出力される音声は、外部の騒音とともにマイクロフォン１１で集音される。従って、マイクロフォン１１は、ノイズキャンセル信号に基づいて出力される音声では消しきれなかったノイズに相当する残差信号ｙを出力する。なお、マイクロフォン１１とスピーカ１３とは、図示しないハウジング（筐体）の内側に設けられる。
【００２２】
ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理における、マイクロフォン１１の位置での残差信号ｙについて、ノイズ信号ｄとの関係を算出すれば、下記の数式１の通りとなる。
【００２３】
【数１】
2017217106.tif 000003
【００２４】
ここで、数式１における１／（１＋β１）を感度関数と呼ぶ。感度関数が０に近づくほど、マイクロフォン１１の位置でのノイズ信号ｄは低減され、残差信号ｙは０に近づくといえる。つまり、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は、フィルタ回路１２のβ１のゲインを大きく取ることにより、感度関数の分母が大きくなり、結果的にマイクロフォン１１の位置でのノイズ信号ｄが低減される処理であるといえる。
【００２５】
このフィードバック型のノイズキャンセル処理に、フィードフォワード型のノイズキャンセル処理を加えることで、ノイズをより低減させる、ツイン型の騒音低減装置に関する技術が開示されていることは上述したとおりである。しかし、ツイン型の騒音低減装置は、筐体の内側と外側の両方にマイクロフォンを設置する必要があり、コストの上昇やデバイス規模の拡大に繋がる。
【００２６】
そこで本件開示者は、上述の点に鑑み、コストを上昇させたりデバイス規模を拡大させたりすることなく、ノイズの低減の質を向上させることが可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、コストを上昇させたりデバイス規模を拡大させたりすることなく、ノイズの低減の質を向上させることが可能な技術を考案するに至った。
【００２７】
以上、本開示の実施の形態の概要を説明した。続いて本開示の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
［１．２．構成例］
（内部モデル制御方式）
まず、内部モデル制御方式を用いたフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置の構成例を説明する。以下の説明では、内部モデル制御方式を、Internal  Model  Controlの頭文字を取ってＩＭＣ方式とも称する。
【００２９】
図２は、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１００の構成例を示す説明図である。図２に示したように、騒音低減装置１００は、マイクロフォン１０１と、特性付与部１０２と、減算部１０３と、フィルタ回路１０４と、スピーカ１０５と、を含んで構成される。図２に示した騒音低減装置１００は、図１に示したＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１０と比較すると、特性付与部１０２及び減算部１０３が追加されている構成となっている。
【００３０】
マイクロフォン１０１は、ユーザの耳に近いとされる位置に設けられ、ユーザの耳に近い位置の音を集音する。従って、マイクロフォン１０１は、耳に達しようとする外部の騒音を集音する。マイクロフォン１０１は、集音した音をノイズ信号ｄとして減算部１０３に出力する。マイクロフォン１０１にて集音された音は、減算部１０３、フィルタ回路１０４、及びスピーカ１０５とマイクロフォン１０１との間の伝達関数Ｆを経由して、マイクロフォン１０１に再度集音される。従って、マイクロフォン１０１と、減算部１０３と。フィルタ回路１０４と、スピーカ１０５とで、いわゆる閉ループが形成される。
【００３１】
特性付与部１０２は、フィルタ回路１０４の出力に対して、所定の特性Ｆ’を与えて出力する回路である。この特性Ｆ’は、スピーカ１０５とマイクロフォン１０１との間の伝達関数Ｆを模した特性であり、伝達関数Ｆのプラント模擬特性として設計される。特性付与部１０２は、フィルタ回路１０４の出力に対して、所定の特性Ｆ’を与えたものを減算部１０３に出力する。
【００３２】
減算部１０３は、マイクロフォン１０１から出力されるノイズ信号から、特性付与部１０２の出力を減算する。減算部１０３は、減算後の信号をフィルタ回路１０４に出力する。
【００３３】
フィルタ回路１０４は、減算部１０３から出力される信号に対する所定のフィルタ処理を実施して、ユーザの耳に達する外部の騒音を打ち消すためのノイズキャンセル信号を生成する。フィルタ回路１０４は、減算部１０３から出力される信号に対して、パラメータβ２によってゲイン、位相、振幅特性を操作する。フィルタ回路１０４は、例えばＦＩＲフィルタで構成されていてもよく、ＩＩＲフィルタで構成されていてもよい。
【００３４】
スピーカ１０５は、フィルタ回路１０４から出力されるノイズキャンセル信号に基づいて振動板（図示せず）が振動することで音声を出力する構成となっている。スピーカ１０５から出力される音声は、外部の騒音とともにマイクロフォン１０１で集音される。従って、マイクロフォン１０１は、ノイズキャンセル信号に基づいて出力される音声では消しきれなかったノイズに相当する残差信号ｙを出力する。なお、マイクロフォン１０１とスピーカ１０５とは、図示しないハウジング（筐体）の内側に設けられる。
【００３５】
ＩＭＣ方式は、むだ時間を含む系の制御に主に使用される制御方式である。図２に示したように、ＩＭＣ方式の特徴として、ループ内に内部モデルを有するという点がある。すなわち、特性Ｆ’を与える特性付与部１０２が内部モデルに相当する。
【００３６】
ＣＣＴ方式と同様に、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理における、マイクロフォン１０１の位置での残差信号ｙについて、ノイズ信号ｄとの関係を算出すれば、下記の数式２の通りとなる。
【００３７】
【数２】
2017217106.tif 000004
【００３８】
ここで、数式２におけるｄとｙの伝達関数を感度関数と呼ぶ。ＩＭＣ方式において、内部モデルＦ’はプラントＦに近似したものとして設計される。従って、近似的にＦ’＝Ｆが成り立つならば、ＩＭＣ方式は、感度関数における分子の項である（１＋β２Ｆ’）を最小化するフィルタを設計すれば良いと言い換えることが出来る、
【００３９】
ＣＣＴ方式とＩＭＣ方式についてまとめると、ＣＣＴ方式は感度関数の分母を大きく取り、割り算によって騒音を低減する方式と言い換えることが出来る。またＩＭＣ方式は感度関数の分子を引き算することで騒音を低減する方式と言い換えることが出来る。
【００４０】
ＩＭＣ方式は、フィードフォワード方式と類似している、と言える。その理由は以下の通りである。
【００４１】
図３は、フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理の信号処理ブロックを示す説明図である。
【００４２】
フィードフォワード方式による特性Ｇは、ノイズ源Ｎから参照マイク２１までの伝達関数を表すものとし、特性Ｇ’は、ノイズ源Ｎから誤差マイク２２までの伝達関数を表すものとする。また、スピーカ２４と誤差マイク２２との間の伝達関数をＦとする。またフィードフォワード方式の騒音低減フィルタ回路２３のゲインをαとする。
【００４３】
フィードフォワード方式における誤差マイク２２の位置での残差信号を最小化するための騒音低減フィルタ回路２３のゲインαは、下記の数式３で表すことが出来る。
【００４４】
【数３】
2017217106.tif 000005
【００４５】
一方、図２に示したＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理において、内部モデルＦ’がスピーカ１０５とマイクロフォン１０１との間の伝達関数Ｆと一致し、Ｆ’＝Ｆが成り立つならば、マイクロフォン１０１の位置での残差信号を最小化するフィルタ回路１０４のゲインβ２は、下記の数式４で表すことが出来る。
【００４６】
【数４】
2017217106.tif 000006
【００４７】
数式３と数式４とを比較すると、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は、参照マイクと誤差マイクとが同じであるとみなした場合のフィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理と等価であると表現できる。すなわち、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は、フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理と同等の効果が得られることになる。
【００４８】
（ＣＣＴ方式とＩＭＣ方式との組み合わせ）
ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は、フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理と同等の効果が得られるならば、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理とを組み合わせることで、上述のツイン型のノイズキャンセル処理と同等の効果が、１つのマイクロフォンだけで得られるはずである。
【００４９】
図４は、本開示の実施の形態に係る、ＣＣＴ方式とＩＭＣ方式とを組み合わせてフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置２００の構成例を示す説明図である。ＣＣＴ方式とＩＭＣ方式とを組み合わせたフィードバック型のノイズキャンセル処理を、ダブルフィードバック方式のノイズキャンセル処理とも称する。
【００５０】
図４に示したように、騒音低減装置２００は、マイクロフォン２０１と、フィルタ回路２０２、２０５と、特性付与部２０３と、減算部２０４と、加算部２０６と、スピーカ２０７と、を含んで構成される。
【００５１】
マイクロフォン２０１は、ユーザの耳に近いとされる位置に設けられ、ユーザの耳に近い位置の音を集音する。従って、マイクロフォン２０１は、耳に達しようとする外部の騒音を集音する。マイクロフォン２０１は、集音した音をノイズ信号ｄとして減算部２０４に出力する。
【００５２】
フィルタ回路２０２は、減算部２０４から出力される信号に対する所定のフィルタ処理を実施して、ユーザの耳に達する外部の騒音を打ち消すためのノイズキャンセル信号を生成する。フィルタ回路２０２は、減算部２０４から出力される信号に対して、パラメータβ１によってゲイン、位相、振幅特性を操作する。フィルタ回路２０２は、例えばＦＩＲフィルタで構成されていてもよく、ＩＩＲフィルタで構成されていてもよい。
【００５３】
フィルタ回路２０５は、減算部２０４から出力される信号に対する所定のフィルタ処理を実施して、ユーザの耳に達する外部の騒音を打ち消すためのノイズキャンセル信号を生成する。フィルタ回路２０５は、減算部２０４から出力される信号に対してパラメータβ２によってゲイン、位相、振幅特性を操作する。フィルタ回路２０５は、例えばＦＩＲフィルタで構成されていてもよく、ＩＩＲフィルタで構成されていてもよい。
【００５４】
特性付与部２０３は、加算部２０６の出力に対して、所定の特性Ｆ’を与えて出力する回路である。この特性Ｆ’は、スピーカ２０７とマイクロフォン２０１との間の伝達関数Ｆを模した特性であり、伝達関数Ｆのプラント模擬特性として設計される。特性付与部２０３は、加算部２０６の出力に対して、所定の特性Ｆ’を与えたものを減算部２０４に出力する。
【００５５】
減算部２０４は、マイクロフォン２０１から出力されるノイズ信号から、特性付与部２０３の出力を減算する。減算部２０４は、減算後の信号をフィルタ回路２０２、２０５に出力する。
【００５６】
加算部２０６は、フィルタ回路２０２が生成したノイズキャンセル信号と、フィルタ回路２０５が生成したノイズキャンセル信号と、を加算する。加算部２０６は、加算後のノイズキャンセル信号をスピーカ２０７に出力する。
【００５７】
スピーカ２０７は、加算部２０６から出力されるノイズキャンセル信号に基づいて振動板（図示せず）が振動することで音声を出力する構成となっている。スピーカ２０７から出力される音声は、外部の騒音とともにマイクロフォン２０１で集音される。従って、マイクロフォン２０１は、ノイズキャンセル信号に基づいて出力される音声では消しきれなかったノイズに相当する残差信号ｙを出力する。なお、マイクロフォン２０１とスピーカ２０７とは、図示しないハウジング（筐体）の内側に設けられる。
【００５８】
騒音低減装置２００におけるノイズ信号ｄと残差信号ｙの感度関数を算出すると、下記の数式５の通りとなる。
【００５９】
【数５】
2017217106.tif 000007
【００６０】
数式５の感度関数を考察すると、ダブルフィードバック方式は、ＣＣＴ方式のフィルタ回路２０２のゲインを上げれば上げるほど、またＩＭＣ方式のフィルタ回路２０５のゲインがＦ’の逆特性に近づくほど、騒音が低減されて、残差信号ｙは０に近づく。つまりダブルフィードバック方式は、数式５の感度関数において、分母及び分子の両項から騒音の低減が図れる方式であると言える。
【００６１】
ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は、フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理と同等の効果が得られる。従って、図４に示した騒音低減装置２００は、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理とを組み合わせていることで、上述のツイン型のノイズキャンセル処理と同等の効果が得られる。また、図４に示した騒音低減装置２００は、１つのマイクロフォン２０１だけで、上述のツイン型のノイズキャンセル処理と同等の効果が得られる。
【００６２】
（フィードフォワード方式とＩＭＣ方式との組み合わせ）
ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と組み合わせることが出来るが、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理と組み合わせることも出来る。
【００６３】
図５は、本開示の実施の形態に係る、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【００６４】
図５に示したように、騒音低減装置３００は、マイクロフォン３０１と、３０５と、フィルタ回路３０４、３０６と、特性付与部３０２と、減算部３０３と、加算部３０７と、スピーカ３０８と、を含んで構成される。図５では、ノイズ源Ｎからマイクロフォン３０５までの伝達関数をＧ、ノイズ源Ｎからマイクロフォン３０１までの伝達関数をＧ’として定義されている。すなわち、ここまでの説明で用いた図面におけるノイズ信号ｄは、ｄ＝ＮＧ’として捉えることができる。
【００６５】
マイクロフォン３０１、特性付与部３０２、減算部３０３及びフィルタ回路３０４は、図２に示したＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１００と同等のものである。
【００６６】
マイクロフォン３０５及びフィルタ回路３０６は、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理を行うためのものである。ノイズ源Ｎからの騒音はマイクロフォン３０５で集音されてノイズ信号としてフィルタ回路３０６に出力される。フィルタ回路３０６は、ノイズ信号に基づいてフィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号を加算部３０７に出力する。加算部３０７は、フィルタ回路３０４、３０６が出力するノイズキャンセル信号を加算してスピーカ３０８に出力する。なお、マイクロフォン３０１とスピーカ３０８とは、図示しないハウジング（筐体）の内側に設けられ、マイクロフォン３０５は、ハウジング（筐体）の外側に設けられる。
【００６７】
図５に示した騒音低減装置３００は、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせることで、それぞれを単独で用いる場合よりもさらに優れた騒音低減効果を図ることが出来る。
【００６８】
（フィードフォワード方式とダブルフィードバック方式との組み合わせ）
フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理を、ダブルフィードバック方式のノイズキャンセル処理と組み合わせることで、さらに優れた騒音低減効果を図ることが出来る。
【００６９】
図６は、本開示の実施の形態に係る、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理と、ダブルフィードバック方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【００７０】
図６に示したように、騒音低減装置３００は、マイクロフォン３０１と、３０５と、フィルタ回路３０４、３０６、３０９と、特性付与部３０２と、減算部３０３と、加算部３０７、３１０と、スピーカ３０８と、を含んで構成される。図６でも、ノイズ源Ｎからマイクロフォン３０５までの伝達関数をＧ、ノイズ源Ｎからマイクロフォン３０１までの伝達関数をＧ’として定義されている。
【００７１】
図６に示した騒音低減装置３００は、図５に示した騒音低減装置３００に、フィルタ回路３０９及び加算部３１０が追加された構成を有する。マイクロフォン３０１、特性付与部３０２、減算部３０３、フィルタ回路３０４、３０９及び加算部３１０は、図４に示したダブルフィードバック方式のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置２００と同等のものである。
【００７２】
図６に示した騒音低減装置３００におけるノイズ源Ｎからの騒音と残差信号ｙとの間の感度関数を算出すると、数式６に示した通りとなる。
【００７３】
【数６】
2017217106.tif 000008
【００７４】
数式６の感度関数から明らかなように、フィードフォワード方式とダブルフィードバック方式とを組み合わせたノイズキャンセル処理は、ダブルフィードバック方式にフィードフォワード方式の項が追加されたものと捉えることが可能である。従って、フィードフォワード方式とダブルフィードバック方式とを組み合わせたノイズキャンセル処理は、ＩＭＣ方式で低減した残差信号に対し、さらにフィードフォワード方式で低減させることが出来る。すなわち、図６に示した騒音低減装置３００は、ダブルフィードバック方式単体のノイズキャンセル処理に比べてさらに優れた騒音低減効果を図ることが出来る。
【００７５】
（ノイズ環境に対応したノイズキャンセル処理）
上述したそれぞれの騒音低減装置には、マイクロフォンで集音された音声のディジタル信号を解析し、解析結果に基づいて最適な騒音低減フィルタを選択する処理が加えられても良い。
【００７６】
図７は、本開示の実施の形態に係る、ダブルフィードバック方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【００７７】
図７に示したように、騒音低減装置３００は、マイクロフォン３０１、３０５と、フィルタ回路３０４、３０６、３０９と、特性付与部３０２と、減算部３０３と、加算部３０７、３１０と、スピーカ３０８と、ノイズ分析部３２０と、最適フィルタ係数評価部３３０と、メモリコントローラ３４０と、メモリ３５０と、を含んで構成される。図７でも、ノイズ源Ｎからマイクロフォン３０５までの伝達関数をＧ、ノイズ源Ｎからマイクロフォン３０１までの伝達関数をＧ’として定義されている。
【００７８】
ノイズ分析部３２０は、マイクロフォン３０５が集音して出力したディジタルのノイズ信号の分析を行う。ノイズ分析部３２０は、ノイズ信号の分析を行うことで、ノイズ信号の中に、どのような周波数帯にどの程度のノイズが存在しているかどうかを把握することができる。
【００７９】
図８は、ノイズのパターンの例を示す説明図である。図８には、３つのノイズのパターンＮ１、Ｎ２、Ｎ３を示したが、もちろんノイズのパターンは係る例に限定されるものでは無い。このように、単にノイズと言っても様々なパターンのノイズが有る。効果的にノイズ低減を図るためには、ノイズのエネルギーが集中している周波数帯において、ノイズキャンセル処理を実施すべきである。そのためにノイズ分析部３２０によってノイズ信号の分析を行う。
【００８０】
最適フィルタ係数評価部３３０は、ノイズ分析部３２０によるノイズ信号の分析の結果に基づいて、ノイズキャンセル効果が最も良好に得られるようなフィルタ係数を決定する。そしてメモリコントローラ３４０は、メモリ３５０に格納されている、フィルタ回路３０４、３０６、３０９のためのフィルタ係数を、最適フィルタ係数評価部３３０によるフィルタ係数の決定結果に基づいて読み出して、読み出したフィルタ係数をフィルタ回路３０４、３０６、３０９に設定する。なお、最適フィルタ係数評価部３３０は、フィルタ回路３０４、３０６、３０９の全てでは無く、少なくともいずれかについて、ノイズキャンセル効果が最も良好に得られるようなフィルタ係数を決定してもよい。
【００８１】
図７に示した例では、フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理のためのマイクロフォン３０５で集音されたノイズ信号に対して分析を行っていたが、本開示は係る例に限定されるものでは無い。すなわち、フィードバック方式によるノイズキャンセル処理のためのマイクロフォン３０１で集音されたノイズ信号に対して分析を行ってもよい。
【００８２】
図９は、ダブルフィードバック方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理とを組み合わせた騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。
【００８３】
図９に示した騒音低減装置３００は、ノイズ分析部３２０と、最適フィルタ係数評価部３３０と、メモリコントローラ３４０と、メモリ３５０と、を含んで構成される点では図７に示した騒音低減装置３００の構成と同様である。しかし、ノイズ分析部３２０は、減算部３０３からの出力を入力している点で、図７に示した騒音低減装置３００の構成と異なっている。
【００８４】
マイクロフォン３０１からの出力では無く、減算部３０３からの出力をノイズ分析部３２０に入力しているのは、ＩＭＣ方式のパスとの差分を用いることで、本来のノイズ信号に近い成分が取り出せるからである。
【００８５】
フィルタ回路３０４、３０６、３０９のフィルタ係数を変更する際には、突発的な変更は望ましくない。突発的な変更は、切り替わりの際に異音が発生することがあり、この異音が聴取者に不快感を覚えさせることがある。
【００８６】
そこで、フィルタ回路３０４、３０６、３０９は、いくつかのフィルタ領域を並行して保有してもよい。図１０は、フィルタ回路３０４の構成例を示す説明図である。図１０に示したフィルタ回路３０４は、２つのフィルタ領域３０４ａ、３０４ｂを有している。またフィルタ領域３０４ａ、３０４ｂの後段にはボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂと、ボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂのそれぞれの出力を加算する加算部３１２と、が設けられている。
【００８７】
例えば、フィルタ領域３０４ａからフィルタ領域３０４ｂに切り替える場合、いきなりフィルタ領域３０４ａからフィルタ領域３０４ｂへ切り替えるのでは無く、ボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂを調節して滑らかに切り替える。ボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂを調節して滑らかに切り替えることで、フィルタ領域３０４ａからフィルタ領域３０４ｂに切り替える際の異音の発生を防ぎ、聴取者に不快感を覚えさせることを防ぐことができる。
【００８８】
ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理におけるＩＭＣ方式のフィルタ回路３０４の切り替えには、このボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂを用いたフィルタの切り替えを行っても良い。図１１は、ボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂの特性例を示す説明図である。図１１には、ボリュームフェーダ３１１ａの出力Ｆ１と、ボリュームフェーダ３１１ｂの出力Ｆ２とが示されている。図１１に示した例では、ボリュームフェーダ３１１ａの出力を１倍から徐々に低下させて最終的に０として、逆にボリュームフェーダ３１１ｂの出力を０倍から徐々に上昇させて最終的に１としている。もちろん、ボリュームフェーダ３１１ａ、３１１ｂの特性は係る例に限定されるものではない。
【００８９】
（ＩＭＣ方式の多重化）
続いて、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理の多重化について説明する。図１２は、多重化されたＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置４００の構成例を示す説明図である。図１２では、ＩＭＣ方式を２つ組み合わせた二重ＩＭＣ方式を例示するが、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理は３つ以上の多重化を行っても良い。
【００９０】
図１２に示したように、騒音低減装置４００は、マイクロフォン４０１と、特性付与部４０２、４０６と、減算部４０３、４０５と、フィルタ回路４０４、４０７と、加算部４０８と、スピーカ４０９と、を含んで構成される。
【００９１】
図１２に示した騒音低減装置４００は、図２に示したＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置１００に、さらにＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行うための構成を追加したものである。すなわち、騒音低減装置１００に、特性付与部４０６、減算部４０５、フィルタ回路４０７を追加したものが図１２に示した騒音低減装置４００の構成となる。
【００９２】
異なる視点からＩＭＣ方式を考察すると、ＩＭＣ方式は内部モデルを用いて、自身の階層の影響を打ち消し、復元された信号対して信号処理を実施できる処理であると考えられる。つまり、図２に示した騒音低減装置１００では、特性付与部１０２が与える内部モデルＦ’の目的は、ドライバ（スピーカ１０５）から出力された信号の影響を打ち消し、ノイズ信号ｄを再現することにある。
【００９３】
図１２に説明を戻すと、多重化ＩＭＣ方式は、内部モデルＦ’によるフィードバックパスを２つ保有している。上述したとおり、ＩＭＣ方式による内部モデル制御を用いれば自身の階層の影響を排除できる。つまり、図１２のｐｏｉｎｔ１ではドライバ（スピーカ４０９）からの出力信号の影響が取り除かれ、ノイズ信号ｄが復元されることとなる。
【００９４】
一方で、ｐｏｉｎｔ２について着目すると、ゲインβ２を与えるフィルタ回路４０７における階層（便宜上第２階層と称する）の影響を内部モデルＦ’によって排除しているため、ゲインβ１を与えるフィルタ回路４０４による階層（便宜上第１階層と称する）によって消音された残差信号のみが復元される。これは、言い換えると第１階層で低減しきれなかった残差信号に対して再度、第２階層において騒音低減処理を施すことが可能であると言い換えることが出来る。従って、図１２に示した構成によって、ＩＭＣ方式の多重化が可能となる。
【００９５】
図１２に示した騒音低減装置４００におけるノイズ源Ｎからのノイズ信号ｄと残差信号ｙとの間の感度関数を算出すると、数式７に示した通りとなる。
【００９６】
【数７】
2017217106.tif 000009
【００９７】
数式７を見ると、分子における２項をβ１及びβ２を用いて０に近づけることが出来るため、図１２に示した騒音低減装置４００はＩＭＣ方式による騒音低減効果を多重化することが出来ていると言える。
【００９８】
また、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を多重化すると、それぞれの階層で、騒音を低減させるターゲットの周波数帯を変化させることが出来る。ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を多重化しても、同じ周波数帯における騒音低減効果を増強させることは出来るが、騒音を低減させるターゲットの周波数帯を変化させることは出来ない。一方、ＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を多重化すると、パラメータβ１、β２の設定によって、騒音を低減させるターゲットの周波数帯を変化させることが出来るので、より広い範囲で騒音を低減させる効果がある。
【００９９】
なお、図１２には、多重化されたＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置４００の構成例を示したが、多重化されたＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理に、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成またはフィードフォワード型のノイズキャンセル処理を行う構成のいずれか、もしくはその両方の構成を加えても良い。
【０１００】
（ＩＭＣ方式とモニタとの共存）
続いて、ＩＭＣ方式とモニタとの共存方法について説明する。
【０１０１】
マイクを有するアクティブヘッドホンを使用するユーザにとって、周囲の環境音を確認しながら、不必要な音声は騒音を低減したいという要望は非常に高いと思われる。上述したダブルフィードバック方式を用いれば、ＣＣＴ方式にてユーザが望まない帯域の騒音を低減しながら、ＩＭＣ方式にモニタ用信号処理フィルタを用いて、信号を同相で付加することによりモニタを実現できる。
【０１０２】
図１３は、騒音低減装置２００の構成例を示す説明図である。図１３に示したのは、ＩＭＣ方式のループにおけるフィルタ回路２１１（フィルタ係数γ）を、騒音低減では無く、モニタ用途として用いた場合の信号処理ブロックである。フィルタ回路２１１は、ノイズを低減させるためではなく、信号を同相で付加するために設けられる。もちろん、マイクロフォン２０１にて集音される音声は、ヘッドホンにおける漏れ込み音なので、モニタ音には適さない可能性もある。
【０１０３】
そこで、フィードフォワード方式とダブルフィードバック方式とを組み合わせた場合において、筐体の外側に配置されているマイクロフォンの信号をモニタ用途として使用し、ダブルフィードバック方式を用いて不必要な周波数帯域の騒音をより効率的に低減することも出来る。
【０１０４】
図１４は、騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。図１４に示したのは、フィードフォワード方式のフィルタ回路３１１（フィルタ係数γ）をモニタ用途として用いた場合の信号処理ブロックである。フィルタ回路３１１は、ノイズを低減させるためではなく、信号を同相で付加するために設けられる。なお、ＩＭＣ方式はフィードフォワード方式と同様に、ターゲット周波数のチューニングが可能であり、図１４に示した騒音低減装置３００は、聴取者にとって不要な周波数を選択して低減できる。
【０１０５】
（ミュージックキャンセラへの応用）
ここまで、ＩＭＣ方式を用いたノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置について説明した。続いて、音響処理装置の外部から供給されるミュージック信号をキャンセルするミュージックキャンセラへの応用例を説明する。
【０１０６】
図１５は、本開示の実施の形態に係る騒音低減装置５００の構成例を示す説明図である。図１５に示したように、騒音低減装置５００は、マイクロフォン５０１と、特性付与部５０２と、減算部５０３と、フィルタ回路５０４と、加算部５０５と、スピーカ５０６と、を含んで構成される。
【０１０７】
マイクロフォン５０１は、ユーザの耳に近いとされる位置に設けられ、ユーザの耳に近い位置の音を集音する。従って、マイクロフォン５０１は、耳に達しようとする外部の騒音を集音する。マイクロフォン５０１は、集音した音をノイズ信号ｄとして減算部５０３に出力する。
【０１０８】
特性付与部５０２は、ミュージックｍに対して、所定の特性Ｆ１’を与えて出力する回路である。この特性Ｆ１’は、スピーカ５０６とマイクロフォン５０１との間の伝達関数Ｆ１を模した特性であり、伝達関数Ｆ１のプラント模擬特性として設計される。特性付与部５０２は、ミュージックｍに対して、所定の特性Ｆ１’を与えたものを減算部５０３に出力する。
【０１０９】
減算部５０３は、マイクロフォン５０１から出力されるノイズ信号から、特性付与部５０２の出力を減算する。減算部５０３は、減算後の信号をフィルタ回路５０４に出力する。
【０１１０】
フィルタ回路５０４は、減算部５０３から出力される信号に対する所定のフィルタ処理を実施して、ユーザの耳に達する外部の騒音を打ち消すためのノイズキャンセル信号を生成する。フィルタ回路５０４は、減算部５０３から出力される信号に対してパラメータβによってゲイン、位相、振幅特性を操作する。フィルタ回路５０４は、例えばＦＩＲフィルタで構成されていてもよく、ＩＩＲフィルタで構成されていてもよい。
【０１１１】
加算部５０５は、音響処理装置の外部から供給されるミュージックｍに、フィルタ回路５０４が生成したノイズキャンセル信号を加算する。
【０１１２】
スピーカ５０６は、加算部５０５から出力されるノイズキャンセル信号に基づいて振動板（図示せず）が振動することで音声を出力する構成となっている。スピーカ５０６から出力される音声は、外部の騒音とともにマイクロフォン２０１で集音される。従って、マイクロフォン５０１は、ノイズキャンセル信号に基づいて出力される音声では消しきれなかったノイズに相当する残差信号ｙを出力する。なお、マイクロフォン５０１とスピーカ５０６とは、図示しないハウジング（筐体）の内側に設けられる。
【０１１３】
騒音低減装置５００におけるノイズ信号ｄと、ミュージックｍ、残差信号ｙの感度関数を算出すると、下記の数式８の通りとなる。
【０１１４】
【数８】
2017217106.tif 000010
【０１１５】
ミュージックキャンセラを用いると、騒音低減装置５００におけるＣＣＴ方式のループの中にミュージック成分が混入しない。そのため、騒音低減装置５００は、ミュージックに対するイコライザは不要になる（または微少な調整のみで済む）。
【０１１６】
数式８におけるミュージック成分からは、Ｆ１とＦ１’とが等価であればβが除外される。従って、数式８からも、騒音低減装置５００のミュージックキャンセラは有用であると言える。
【０１１７】
なお、図１５には、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成のみを図示したが、ＣＣＴ方式に替えてＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成であってもよく、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成であってもよい。
【０１１８】
続いてフィードフォワードループのキャンセラについて説明する。図１６は、本開示の実施の形態に係る騒音低減装置６００の構成例を示す説明図である。図１６に示したように、騒音低減装置６００は、マイクロフォン６０１、６０２と、フィルタ回路６０３、６０６と、特性付与部６０４と、減算部６０５と、加算部６０７と、スピーカ６０８と、を含んで構成される。
【０１１９】
騒音低減装置６００におけるノイズ信号Ｎと、残差信号ｚの感度関数を算出すると、下記の数式９の通りとなる。
【０１２０】
【数９】
2017217106.tif 000011
【０１２１】
フィードフォワードループのキャンセラにおいて与えられる特性Ｆ１’は、スピーカ６０８とマイクロフォン６０１との間の伝達関数Ｆ１を模した特性である。フィードフォワードループのキャンセラを用いると、騒音低減装置６００におけるＣＣＴ方式のループの中にフィードフォワード成分が混入しない。また、特性Ｆ１’を用いることで、個人差及び装着誤差の要因となるＦ１の成分を除外できる。なお、数式９における最後の式は、Ｆ１’がＦ１と等しいものとして、１つ前の式のＦ１’をＦ１に置き換えて整理したものである。
【０１２２】
なお、図１６には、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成のみを図示したが、ＣＣＴ方式に替えてＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成であってもよく、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成であってもよい。
【０１２３】
このミュージックキャンセラとフィードフォワードキャンセラとを組み合わせることも可能である。図１７は、本開示の実施の形態に係る騒音低減装置７００の構成例を示す説明図である。図１７に示したように、騒音低減装置７００は、マイクロフォン７０１、７０２と、フィルタ回路７０３、７０６と、特性付与部７０４と、減算部７０５と、加算部７０７、７０９と、スピーカ７０８と、を含んで構成される。図１７に示した構成は、図１５に示したミュージックキャンセラを備える騒音低減装置５００と、図１６に示したフィードフォワードキャンセラとを組み合わせたものとなっている。
【０１２４】
騒音低減装置７００は、図１７に示した構成を有することで、ミュージックキャンセラとフィードフォワードキャンセラとの両方の機能を有する。
【０１２５】
なお、図１７には、ＣＣＴ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成のみを図示したが、ＣＣＴ方式に替えてＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成であってもよく、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う構成であってもよい。
【０１２６】
（模擬特性Ｆ’の検出結果を用いたノイズキャンセル処理）
上述したＩＭＣ方式を用いたノイズキャンセル処理では、特性Ｆを模した特性Ｆ’を用いてノイズキャンセル信号を生成している。しかし、特性Ｆは変動要素を含んでいる。そのため、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差が大きくなると、想定したノイズキャンセル効果が得られない可能性がある。
【０１２７】
そこで、ＩＭＣ方式を用いたノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、特性Ｆ’の状態を検出して、検出結果に応じてノイズキャンセル信号のゲインを下げたり、またノイズキャンセル処理を停止したりしても良い。
【０１２８】
図１８は、本開示の実施の形態に係る騒音低減装置３００の構成例を示す説明図である。図１８に示したのは、図６に示した騒音低減装置３００に、検出部３６１と、フェーダ３６２と、が追加された騒音低減装置３００の構成例である。
【０１２９】
検出部３６１は、減算部３０３が出力する、特性Ｆ’が与えられた信号の状態を検出する。具体的には、検出部３６１は、特性Ｆ’が与えられた信号の状態を検出し、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差の状態を検出する。検出部３６１は、減算部３０３の出力に対し、例えば時間軸信号、周波数軸信号、エンベロープ、パワー値等を用いて信号の状態を検出してもよい。
【０１３０】
フェーダ３６２は、検出部３６１の検出結果に基づいて、加算部３０７が出力するノイズキャンセル信号のゲインを変化させる。例えば、検出部３６１の検出の結果、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差が所定の範囲内であれば、フェーダ３６２は、加算部３０７が出力するノイズキャンセル信号のゲインは変化させない。しかし、検出部３６１の検出の結果、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差が所定の範囲を超えて異常状態となると、フェーダ３６２は、加算部３０７が出力するノイズキャンセル信号のゲインを１倍未満にする。フェーダ３６２は、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差の大きさに応じてゲインの低下量を変化させても良い。また、フェーダ３６２は、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差がさらに所定の範囲を超えて大きくなると、ゲインを０倍、すなわち加算部３０７が出力するノイズキャンセル信号を出力させないようにしてもよい。
【０１３１】
図１９は、本開示の実施の形態に係る騒音低減装置３００の別の構成例を示す説明図である。図１９に示した騒音低減装置３００は、図１８に示した騒音低減装置３００と同様の構成を有しているが、検出部３６１は、減算部３０３が出力する信号に加え、ミュージック信号Ｍを入力している。そして検出部３６１は、特性Ｆ’が与えられた信号の状態を検出するが、その際に、上述した時間軸信号、周波数軸信号、エンベロープ、パワー値等の他に、ミュージック信号Ｍとの相関を用いても良い。そしてフェーダ３６２は、検出部３６１の検出結果に応じて、加算部３０７が出力するノイズキャンセル信号に与えるゲインを変化させる。
【０１３２】
図２０は、本開示の実施の形態に係る騒音低減装置３００の別の構成例を示す説明図である。図２０に示した騒音低減装置３００は、図１８に示した騒音低減装置３００と同様の構成を有しているが、検出部３６１は、減算部３０３が出力する信号に加え、マイクロフォン３０５からの出力を入力している。そして検出部３６１は、特性Ｆ’が与えられた信号の状態を検出するが、その際に、上述した時間軸信号、周波数軸信号、エンベロープ、パワー値等の他に、マイクロフォン３０５からの出力との相関、マイクロフォン３０５からの出力との差分、マイクロフォン３０５からの出力との比率等を用いても良い。そしてフェーダ３６２は、検出部３６１の検出結果に応じて、加算部３０７が出力するノイズキャンセル信号に与えるゲインを変化させる。
【０１３３】
このように、特性Ｆ’が与えられた信号の状態を検出して、その検出結果に応じてノイズキャンセル信号に与えるゲインを変化させることで、騒音低減装置３００は、特性Ｆと特性Ｆ’との誤差が大きくなった場合には、ノイズキャンセル効果を少し弱めたり、またノイズキャンセル処理を一時的に停止させたりすることができる。
【０１３４】
（自動車のシートへの応用）
上述したＩＭＣ方式を用いたノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、ヘッドホンだけでなくその他の分野にも応用することが出来る。ここでは、自動車のシートに、上述の騒音低減装置のいずれかを備えることで、車内に漏れ伝わってくる騒音を打ち消すことが出来る例を説明する。
【０１３５】
図２１は、上述した騒音低減装置のいずれかを備えた自動車用シート８００の外観例を示す説明図である。図２１には、自動車用シート８００のヘッドレスト８１０に、スピーカ８０２ａ、８０２ｂが備えられるとともに、マイクロフォン８０１ａ、８０１ｂも備えられている。自動車用シート８００は、運転席、助手席、後部座席のいずれの座席としても使用しうる。
【０１３６】
マイクロフォン８０１ａ、８０１ｂは、上述した騒音低減装置と同様に、ユーザの耳に近いとされる位置に設けられ、ユーザの耳に近い位置の音を集音する。なお、図２１には２つのマイクロフォン８０１ａ、８０１ｂを図示したが、本開示は係る例に限定されるものではなく、自動車用シート８００に設けられるマイクロフォンの数は１つであってもよく、また３つ以上であってもよい。スピーカ８０２ａ、８０２ｂは、マイクロフォン８０１ａ、８０１ｂが集音した音をキャンセルするためのノイズキャンセリング信号に基づいた音を出力する。
【０１３７】
図２１に示した自動車用シート８００は、このような構造を有することにより、車内に漏れ伝わり、自動車の乗員が感じる騒音をキャンセルすることができる。特に、上述したＩＭＣ方式によるフィードバック型のノイズキャンセル処理や、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置を備えることで、図２１に示した自動車用シート８００は、低コストで、かつ優れた騒音低減特性を自動車の乗員に提供することが出来る。
【０１３８】
＜２．まとめ＞
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置が提供される。ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、筐体の外側にマイクロフォンを備えて、ユーザの耳に伝わる騒音を低減させる騒音低減装置と同等の効果を得ることが出来る。
【０１３９】
また本開示の実施の形態によれば、従来のＣＣＴ方式によるノイズキャンセル処理に、ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理を組み合わせたダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置が提供される。ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、１つのマイクロフォンで従来のツイン型のノイズキャンセル処理と同等の効果が得られる。従って、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、追加のハードウェアを必要としないので、少ないコストで効果的に騒音を低減させることが可能となる。
【０１４０】
また本開示の実施の形態によれば、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理に、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理を組み合わせた騒音低減装置が提供される。係る騒音低減装置は、ダブルフィードバック型のノイズキャンセル処理に、フィードフォワード方式のノイズキャンセル処理を組み合わることで、さらなる騒音低減効果が期待できる。
【０１４１】
ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理は、フィードフォワード方式によるノイズキャンセル処理と同様に、周波数毎に精細なチューニングが可能である。従って、ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、ノイズの内容に応じてフィルタ特性を切り替えることで、複数のモードを動的に対応させることが可能となる。
【０１４２】
ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理は、特性の階層の影響を除去するという処理でもある。従って、ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理を行う騒音低減装置は、内部モデルを複数の階層にて配置し、残差信号を復元することにより、ＩＭＣ方式によるノイズキャンセル処理を多重化することが出来る。
【０１４３】
本明細書の各装置が実行する処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、各装置が実行する処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
【０１４４】
また、各装置に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した各装置の構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供されることが可能である。また、機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアまたはハードウェア回路で構成することで、一連の処理をハードウェアまたはハードウェア回路で実現することもできる。
【０１４５】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４６】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１４７】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を集音する第１集音部と、
前記第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成する第１信号処理部と、
第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成する第２信号処理部と、
前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算する加算部と、
前記加算部の出力を前記筐体内に放音する放音部と、
を備え、
前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性が与えられた前記加算部の出力を減算した信号である、音響処理装置。
（２）
前記筐体の外部に設けられ、前記ノイズ源からの第２ノイズ信号を収音する第２集音部と、
前記第２集音部で集音された前記第２ノイズ信号に基づいて前記キャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第３ノイズ低減信号を形成する第３信号処理部と、
をさらに備え、
前記加算部は、前記第１ノイズ低減信号、前記第２ノイズ低減信号、及び前記第３ノイズ低減信号を加算する、前記（１）に記載の音響処理装置。
（３）
前記第２ノイズ信号を分析する分析部と、
前記分析部の分析結果に基づいて前記第１〜第３信号処理部の少なくともいずれかで使用されるフィルタを選択する選択部と、
をさらに備える、前記（２）に記載の音響処理装置。
（４）
前記第１疑似ノイズ信号を分析する分析部と、
前記分析部の分析結果に基づいて前記第１〜第３信号処理部の少なくともいずれかで使用されるフィルタを選択する選択部と、
をさらに備える、前記（２）に記載の音響処理装置。
（５）
前記フィルタの切り替わりの際に出力を徐々に変化させる変化部を備える、前記（４）に記載の音響処理装置。
（６）
前記第１信号処理部をｎ個（ｎは２以上の整数）備え、
それぞれの前記第１信号処理部は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた前記第１信号処理部の出力を減算した第ｎ疑似ノイズ信号に基づいて第ｎノイズ低減信号を形成する、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の音響処理装置。
（７）
前記第２信号処理部は、前記第２ノイズ低減信号の形成の替わりに前記第１疑似ノイズ信号と同相の信号を形成する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の音響処理装置。
（８）
前記第３信号処理部は、前記第３ノイズ低減信号の形成の替わりに前記第２ノイズ信号と同相の信号を形成する、前記（２）または（３）のいずれかに記載の音響処理装置。
（９）
外部からの音響信号に対して前記模擬伝達特性を与える第４信号処理部をさらに備え、
前記第１信号処理部は、前記第１ノイズ信号から、前記第４信号処理部の出力を減算したものに基づいて第１ノイズ低減信号を形成する、前記（１）〜（９）のいずれかに記載の音響処理装置。
（１０）
前記第３ノイズ低減信号に対して前記模擬伝達特性を与える第４信号処理部をさらに備え、
前記第１信号処理部は、前記第１ノイズ信号から、前記第４信号処理部の出力を減算したものに基づいて第１ノイズ低減信号を形成する、前記（２）〜（９）のいずれかに記載の音響処理装置。
（１１）
前記第４信号処理部は、さらに外部からの音響信号に対して前記模擬伝達特性を与える、前記（１０）に記載の音響処理装置。
（１２）
前記第１疑似ノイズ信号の状態を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記加算部の出力を調整する調整部と、
を備える、前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の音響処理装置。
（１３）
前記検出部は、外部からの音響信号に基づいて前記第１疑似ノイズ信号の状態を検出する、前記（１２）に記載の音響処理装置。
（１４）
前記第１疑似ノイズ信号の状態を、前記第３ノイズ低減信号に基づいて検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記加算部の出力を調整する調整部と、
を備える、前記（２）〜（１１）のいずれかに記載の音響処理装置。
（１５）
前記検出部は、外部からの音響信号に基づいて前記第１疑似ノイズ信号の状態を検出する、前記（１４）に記載の音響処理装置。
（１６）
ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号を第１集音部で集音することと、
前記第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成することと、
第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成することと、
前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算することと、
前記加算した後の信号を放音部から前記筐体内に放音させることと、
前記加算した後の信号に前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性を与えることと、
を含み、
前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた信号を減算した信号である、音響処理方法。
（１７）
第１集音部で集音される、ユーザの耳部に装着される筐体の内部に漏れ込んでくるノイズ源からの第１ノイズ信号に基づいて所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第１ノイズ低減信号を形成することと、
第１疑似ノイズ信号に対して所定のキャンセルポイントにおけるノイズを低減させるための第２ノイズ低減信号を形成することと、
前記第１ノイズ低減信号と前記第２ノイズ低減信号とを加算することと、
前記加算した後の信号を放音部から前記筐体内に放音させることと、
前記加算した後の信号に前記放音部から前記第１集音部までの伝達特性を模した模擬伝達特性を与えることと、
をコンピュータに実行させ、
前記第１疑似ノイズ信号は、前記第１集音部の出力から、前記模擬伝達特性が与えられた信号を減算した信号である、コンピュータプログラム。
【符号の説明】
【０１４８】
１００    ：騒音低減装置
１０１    ：マイクロフォン
１０２    ：特性付与部
１０３    ：減算部
１０４    ：フィルタ回路
１０５    ：スピーカ
２００    ：騒音低減装置
２０１    ：マイクロフォン
２０２    ：フィルタ回路
２０３    ：特性付与部
２０４    ：減算部
２０５    ：フィルタ回路
２０６    ：加算部
２０７    ：スピーカ
８００    ：自動車用シート
８０１ａ  ：マイクロフォン
８０１ｂ  ：マイクロフォン
８０２ａ  ：スピーカ
８０２ｂ  ：スピーカ
８１０    ：ヘッドレスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2017217106.tif 000024
【図１４】
2017217106.tif 000025
【図１５】
2017217106.tif 000026
【図１６】
2017217106.tif 000027
【図１７】
2017217106.tif 000028
【図１８】
2017217106.tif 000029
【図１９】
2017217106.tif 000030
【図２０】
2017217106.tif 000031
【図２１】
2017217106.tif 000032
【国際調査報告】
2017217106.tif 000033
2017217106.tif 000034