(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに近接した一対のマイクロフォン及びスピーカと、
前記マイクロフォン及びスピーカの周辺の騒音の波形を推定して前記推定された騒音と逆相の消去音を生成して前記スピーカに出力する制御手段と
を備えた能動型消音装置であって、
前記制御手段は、
前記マイクロフォンの入力音から前記消去音を除去して前記騒音を算出する騒音算出手段と、
算出された前記騒音の波形がゼロクロスする毎に、ゼロクロス点の間のサンプルの自乗値を逐一累計して累計値を算出すると共に、前記自乗値の累計回数を算出し、算出された前記累計値及び前記累計回数に基づき、前記騒音の波形のゼロクロス点間の時間間隔、前記騒音の波形の平均振幅を算出し、且つ前記ゼロクロス点の直前の所定数のサンプルから前記騒音の波形のスロープ度数分布を統計量として算出する統計量算出手段と、
この統計量算出手段で算出された前記時間間隔、前記平均振幅及び前記スロープ度数分布を統計量として記憶する統計量記憶手段と、
前記算出された騒音がゼロクロスする毎に前記統計量記憶手段に記憶された統計量に基づいて次の半波分の消去音の波形を生成する消去音波形生成手段と
を備えたものであることを特徴とする能動型消音装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記スピーカから前記マイクロフォンまでの音の伝搬特性を測定するスピーカ・マイクロフォン伝搬特性測定手段を備え、前記騒音算出手段は、前記消去音を前記伝搬特性に基づいて位相及び振幅制御してこれを前記マイクロフォンの入力音から減算することにより前記騒音を算出するものであり、前記消去音波形生成手段は、前記伝搬特性に基づいて位相及び振幅制御された消去音の波形を生成するものであることを特徴とする請求項１記載の能動型消音装置。
【請求項３】
前記消去音波形生成手段は、
前記度数分布に対応した確率曲線に従って乱数を生成し、それぞれのデータを定値化して波形を推定することにより、前記波形を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の能動型消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、騒音波形に対してそれと逆相の消去音を発生させることにより騒音を消音する能動型消音装置に関し、特に騒音源を特定できない定常騒音音場に適用することができる能動型消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、いわゆる騒音問題は１つの社会問題としてその重要性が増している。そのため、騒音問題の対策の１つとして、例えば騒音源が発する騒音の音波波形の逆位相の波形となる音（消去音）を発生させて、音波の相殺・干渉効果により騒音を消音するといういわゆる能動型消音装置が多数提案されている。
【０００３】
このような能動型消音装置のうち、一般に多く用いられているものとして、図１８に示すような構成の能動型消音装置が知られている。
この能動型消音装置１００は、騒音検出センサとしてのマイクロフォン（リファレンスマイク）１０１ａ及びエラー検出センサとしてのマイクロフォン（エラーマイク）１０１ｂと、スピーカ１０２と、２つのＡ／Ｄ変換器１０３ａ，１０３ｂと、１つのＤ／Ａ変換器１０４と、アダプティブフィルタ（適応フィルタ）１０５と、制御装置１０６とから構成される。この能動型消音装置１００の消音動作は、以下のようなものになる。
【０００４】
まず、リファレンスマイク１０１ａに入力された騒音（騒音信号）は、Ａ／Ｄ変換器１０３ａに入力され、このＡ／Ｄ変換器１０３ａでアナログ騒音信号からディジタル騒音信号へと変換された後、制御目標信号として制御装置１０６に入力される。制御装置１０６に入力された制御目標信号は、適応フィルタ１０５でフィルタリングされ、消音エリア１０７内において、騒音と振幅が等しく逆位相となるような消去音信号となる。こうして生成された消去音信号は、Ｄ／Ａ変換器１０４に入力され、ディジタル信号からアナログ信号に変換された後、スピーカ１０２から消去音として出力される。
【０００５】
一方、エラーマイク１０１ｂには、スピーカ１０２からの消去音と騒音源からの騒音とが重畳した音、即ち残留騒音が入力される。残留騒音信号は、Ａ／Ｄ変換器１０３ｂを介してアナログ信号からディジタル信号に変換された後、制御装置１０６に入力される。この残留騒音信号を入力した制御装置１０６は、予め測定・設定されている騒音源とエラーマイク１０１ｂとの間の伝達関数やスピーカ１０２とエラーマイク１０１ｂとの間の伝達関数等に基づき残留騒音信号の信号レベルが最小となるように、例えばいわゆるＬＭＳ（Least Mean Square：最小自乗誤差）アルゴリズムなどを用いて適応フィルタ１０５の係数を常時更新する。
【０００６】
このような制御により消音動作を行う能動型消音装置としては、例えば特許第３１４１６７４号公報に開示された「騒音低減ヘッドフォン装置」等が知られている。また、特許第３０６１９８５号公報には、１つのマイクロフォンと１つのスピーカを用いた能動型消音装置としての「ヘッドセット装置」が開示されている。このヘッドセット装置では、マイクロフォンで収音した音の信号の符号を反転してスピーカから出力することにより騒音を消音しているが、スピーカからの音がマイクロフォンで収音されることを極力抑えるため、マイクロフォンとスピーカの配置に配慮している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の能動型消音装置では、いずれも騒音の到来の方向により消音効果が異なるため、騒音源が特定できない暗騒音などの定常騒音下では効果が少ないという場合があるという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、騒音源が特定できない定常騒音音場において有効に騒音を消音することができる能動型消音装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る能動型消音装置は、互いに近接した一対のマイクロフォン及びスピーカと、前記マイクロフォン及びスピーカの周辺の騒音の波形を推定して前記推定された騒音と逆相の消去音を生成して前記スピーカに出力する制御手段と
を備えた能動型消音装置であって、前記制御手段は、前記マイクロフォンの入力音から前記消去音を除去して前記騒音を算出する騒音算出手段と、算出された前記騒音の波形がゼロクロスする毎に、ゼロクロス点の間のサンプルの自乗値を逐一累計して累計値を算出すると共に、前記自乗値の累計回数を算出し、算出された前記累計値及び前記累計回数に基づき、前記騒音の波形のゼロクロス点間の時間間隔、前記騒音の波形の平均振幅を算出し、且つ前記ゼロクロス点の直前の所定数のサンプルから前記騒音の波形のスロープ度数分布を統計量として算出する統計量算出手段と、この統計量算出手段で算出された前記時間間隔、前記平均振幅及び前記スロープ度数分布を統計量として記憶する統計量記憶手段と、前記算出された騒音がゼロクロスする毎に前記統計量記憶手段に記憶された統計量に基づいて次の半波分の消去音の波形を生成する消去音波形生成手段とを備えたものであることを特徴とする。
【００１１】
この発明の能動型消音装置によれば、予め騒音をサンプリングしてその波形の特徴を示す統計量を算出し、この統計量を記憶しておくと共に、マイクロフォンから入力された入力音から消去音を除去した騒音成分が、ゼロクロスする度に次の半波分の消去音の波形を前記統計量に基づいて予測して、先行出力するようにしているので、騒音と、これに対する消去音の発生との間の時間差を無くすことができ、消音性能を向上させることができる。
【００１３】
なお、スピーカからマイクロフォンまでの伝搬特性を測定し、騒音算出手段では、消去音を前記伝搬特性に基づいて位相及び振幅制御して、これをマイクロフォンの入力音から減算すると共に、消去音波形生成手段では、前記伝搬特性に基づいて位相及び振幅制御された消去音を生成することにより、より位相遅れのない能動型消音装置を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る能動型消音装置の構成を示すブロック図、図２は、この能動型消音装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この例の能動型消音装置１は、音を出力する出音手段としてのスピーカ２と、音を収音する収音手段としてのマイクロフォン３と、このマイクロフォン３から収音された音（アナログ信号）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換器４から出力されたディジタル信号を処理して消去音を生成する制御装置５と、この制御装置５により処理されたディジタル信号をアナログ信号に変換してスピーカ２に出力するＤ／Ａ変換器６とから構成されている。なお、スピーカ２とマイクロフォン３とは、できるだけ近接して設置されていると良い。このように、この能動型消音装置１は、一対の収音手段及び出音手段を備えて構成される。一方、図２に示すように、制御装置５は、入力したディジタル信号の演算処理等の内部処理を行うＣＰＵ７と、このＣＰＵ７の演算処理作業領域として供されると共に、各種データ及びプログラムを格納（記憶）するメモリ８とから構成されている。
【００１５】
図３は、この制御装置５内のＣＰＵ７とメモリ８の内部のプログラムとによって実現されている機能を詳しく説明するための機能ブロック図である。
制御装置５は、騒音サンプル値算定部１１と、スピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定部１２と、騒音波形時系列更新部１３と、ゼロクロス点判定部１４と、自乗音圧値累計部１５と、統計量更新部１６と、出力波形設定部１７と、正弦波生成部１８と、出力波形時系列更新部１９の各部の機能を備えて構成されている。騒音サンプル値算定部１１は、マイクロフォン３で収音されＡ／Ｄ変換器４でディジタル信号に変換された入力音から騒音のサンプル値を算出する。スピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定部１２は、スピーカ２とマイクロフォン３との間の音の伝搬特性を設定する。騒音波形時系列更新部１３は、騒音波形のサンプル値の時系列データを後述するメモリ８内の騒音波形時系列データ記憶領域に記憶する。ゼロクロス点判定部１４は、騒音波形のサンプル値を逐一モニタしてサンプル値の符号が変化した時点で、即ちゼロクロスした時点で、割り込みをかける。自乗音圧値累計部１５は、騒音波形のゼロクロス点間の各サンプル値の自乗値を逐一累計する。統計量更新部１６は、自乗音圧値累計部１５と共に統計量算出手段を構成するもので、ゼロクロス点間の時間、騒音の平均振幅及びスロープの度数分布等の統計量を算出し、メモリ８内に記憶する。また、統計量更新部１６は、メモリ８内の統計量を更新する機能も有する。出力波形設定部１７は、スピーカ２からの出力音の出力波形の周期、振幅及び波数等を設定する。正弦波生成部１８は、消去音波形生成手段を構成する他、スピーカ・マイクロフォン間の伝搬遅延測定に使用するサンプル波形を生成するもので、出力波形を表す正弦波サンプル値列を生成する。出力波形時系列更新部１９は、出力波形サンプル値列をＤ／Ａ変換器６に出力すると共に、このサンプル値列を後述するメモリ８内の出力波形時系列データ記憶領域に記憶する。
【００１６】
図４は、この制御装置５内のメモリ８の内部記憶領域を示す図である。
メモリ８内の記憶領域は、スピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３１と、振幅減衰率データ記憶領域３２と、騒音波形時系列データ記憶領域３３と、出力波形時系列データ記憶領域３４と、ゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５と、振幅度数分布表記憶領域３６と、スロープ度数分布表記憶領域３７とから構成されている。なお、ゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５と、振幅度数分布表記憶領域３６と、スロープ度数分布表記憶領域３７とがメモリ８内の統計量３８として構成される。スピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３１には、スピーカ２とマイクロフォン３との間の音の伝搬時間データが格納される。振幅減衰率データ記憶領域３２には、スピーカ・マイクロフォン間の音の伝搬による音の振幅減衰率データが格納される。騒音波形時系列データ記憶領域３３には、ディジタル信号に変換された騒音波形の時系列データが格納される。出力波形時系列データ記憶領域３４には、スピーカ２から出力される出力音の音波波形の時系列データが格納される。ゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５には、騒音波形のゼロクロス点間の時間を所定数サンプリングして作成された度数分布表であるゼロクロス点間隔度数分布データが格納される。振幅度数分布表記憶領域３６には、騒音波形の平均振幅を所定数サンプリングして作成された度数分布表である振幅度数分布データが格納される。スロープ度数分布表記憶領域３７には、ゼロクロス点直前の所定数のサンプル値から算出した騒音波形のスロープに対する平均振幅を所定の条件のもとに所定数求めて作成された度数分布表である条件付度数分布データが格納される。
【００１７】
このように構成される制御装置５を備えた能動型消音装置１の消音動作においては、▲１▼スピーカ２とマイクロフォン３との間の音の伝搬特性の測定（伝搬時間及び振幅減衰率測定）、▲２▼騒音の統計諸量の初期測定（統計諸量初期測定）及び▲３▼消音処理という各処理に基づいて消音が行われる。
【００１８】
まず、▲１▼伝搬特性測定では、ＳＷ１，ＳＷ２がそれぞれｂ，ａ側に設定され、出力波形設定部１７が所望の出力音を生成するための音波波形の周期、振幅及び波数の各データを設定する。次に、正弦波生成部１８は、出力波形設定部１７で設定された出力音波形の各データを入力し、これに基づき出力音波形を表すサンプル値列を生成する。出力波形時系列更新部１９は、正弦波生成部１８が生成したサンプル値列を入力し、このサンプル値列をＤ／Ａ変換器６に出力すると共に、メモリ８内の出力波形時系列データ記憶領域３４に記憶する。サンプル値列を入力したＤ／Ａ変換器６は、このサンプル値列をアナログ信号に変換してスピーカ２に出力し、このアナログ信号を入力したスピーカ２は、出力音を放出（出力）する。
【００１９】
こうしてスピーカ２から出力された出力音は、マイクロフォン３に伝搬され、この伝搬音はマイクロフォン３で収音され、Ａ／Ｄ変換器４に入力されてディジタル信号に変換され騒音波形時系列更新部１３に出力される。騒音波形時系列更新部１３は、入力した伝搬音の時系列データをメモリ８内の騒音波形時系列データ記憶領域３３に記憶する。そして、スピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定部１２は、メモリ８内の出力波形時系列データ記憶領域３４に記憶されたサンプル値列（出力波形時系列データ）と騒音波形時系列データ記憶領域３３に記憶された伝搬音時系列データ（騒音波形時系列データ）とを参照してスピーカ２とマイクロフォン３との間の音の伝搬時間及び振幅減衰率を設定し、メモリ８内のスピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３１と振幅減衰率データ記憶領域３２にそれぞれ記憶する。このようにして▲１▼伝搬特性測定が行われる。なお、このスピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定部１２における伝搬時間と振幅減衰率の算定（算出）方法は、種々のものが考えられる。例えば、出力波形時系列データと騒音波形時系列データの２つの時系列間の遅延やレベル差を算定する方法などである。これらの方法は公知であるため、ここでは、説明を省略する。
【００２０】
次に、▲２▼統計諸量初期測定では、ＳＷ１，ＳＷ２がそれぞれｂ，ｂ側に設定され、スピーカ２からの出力音の出力を停止して騒音のみをマイクロフォン３で収音する。マイクロフォン３で収音された騒音は、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル信号化され騒音波形時系列更新部１３に入力される。騒音波形時系列更新部１３は、例えば図５に示すように、入力した騒音の音波波形のサンプル値列Ｓ1，Ｓ2，…，Ｓ12をメモリ８内の騒音波形時系列データ記憶領域３３に記憶する。このとき、ゼロクロス点判定部１４は、騒音波形時系列更新部１３に入力された騒音波形のサンプル値Ｓiを逐一モニタし、このサンプル値の符号（正負）が変わった時点で、即ちゼロクロスした時点で、割り込みをかけ自乗音圧値累計部１５に割込信号を出力する。この割込信号を入力した自乗音圧値累計部１５は、騒音波形のゼロクロス点間のサンプルの自乗値を逐一累計して累計値ΣＳi2を算出すると共に、ゼロクロス点判定部１４からの割込信号入力時点でそれまでの自乗値の累計を停止し、次の自乗値の累計を開始する。即ち、自乗音圧値累計部１５は、割込信号入力毎に新たな自乗値の累計を繰り返して行う。また、このとき、自乗音圧値累計部１５は、自乗値の累計回数も並行して計数する。なお、この計数される累計回数ｎは、騒音波形のゼロクロス点間の時間Ｔと等しいものである。
【００２１】
こうして自乗音圧値累計部１５で累計された自乗値の累計値ΣＳi2と、計数された累計回数ｎのデータは、統計量更新部１６に出力される。統計量更新部１６は、入力した累計値ΣＳi2及び累計回数ｎのデータからそれぞれ騒音の半波分の平均振幅（図５のＡ）とゼロクロス点間の時間（図５のＴ）を計算し、所定数のサンプルからこれらの度数分布データを作成して、メモリ８内のゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５と、振幅度数分布表記憶領域３６とにそれぞれ初期値として格納する。図１２及び図１３は、正の半波のゼロクロス点間の時間Ｔにおける度数分布及び負の半波のゼロクロス点間の時間Ｔにおける度数分布を示している。また、統計量更新部１６は、メモリ８内の騒音波形時系列データ記憶領域３３に格納されている騒音波形時系列データを参照し、ゼロクロス点直前の所定数のサンプルから騒音波形のスロープ（傾き：図５のＢ）を算定し、算定した所定数のスロープのデータからこれらのスロープに対する平均振幅の条件付度数分布データを作成し、メモリ８内のスロープ度数分布表記憶領域３７に格納する。このようにして▲２▼統計諸量初期測定が行われる。
【００２２】
以上のように、▲１▼伝搬特性測定と▲２▼統計諸量初期測定が行われた後、▲３▼消音処理が実行される。この▲３▼消音処理では、ＳＷ１，ＳＷ２がそれぞれａ，ｂ側に設定され、騒音サンプル値算定部１１がメモリ８内のスピーカ・マイクロフォン間伝搬時間データ記憶領域３１に格納されている伝搬時間データと、出力波形時系列データ記憶領域３４に格納されている出力音波形時系列データとを参照して以下のように騒音サンプル値を算定する。
【００２３】
図６は、この▲３▼消音処理を示すフローチャートである。
まず、マイクロフォン３で収音された入力音は、Ａ／Ｄ変換器４でＡ／Ｄ変換される（Ｓ１）。この入力音波形を、例えば図７のＳＩで示すと、この入力音波形ＳＩは、周囲の騒音波形ＳＮと後述する手法で推定された消去音波形ＳＥを合成した波形となる。一方、消去音波形ＳＥについては、制御装置５側で生成されるものであるため、その波形は既知である。そこで、入力音波形のサンプル値ＳＩｋから消去音波形のサンプル値ＳＥｋを減算（ＳＩｋ−ＳＥｋ）して騒音サンプル値ＳＮｋを算定する（Ｓ２）。但し、減算される消去音波形ＳＥのサンプル値は、現時点で出力されたサンプル値ＳＥｋではなく、メモリ８に記憶されたスピーカ・マイクロフォン間の伝搬時間データで示される時間τだけ進み方向に位相をシフトさせたものを減算する。
【００２４】
本実施形態では、この騒音サンプル値ＳＮｋが算定される毎に各種統計量を更新することによって環境変動に対応可能にし、騒音波形ＳＮがゼロクロスする毎に、統計量を用いて次の半波分の波形を推定する。このため、既存サンプル値ＳＮｋ−１と新たに入力された騒音サンプル値ＳＮｋとが異符号であるかどうかを判定する（Ｓ３）。
【００２５】
サンプル値ＳＮｋ−１，ＳＮｋが異符号の場合には、ゼロクロス点を通過したので、ゼロクロス点間隔、平均振幅及びスロープを算定して（Ｓ４）、メモリ８に記憶されている、それまでの半波分の騒音波形時系列データ、既存騒音サンプル値、累計値ΣＳｉ２及び累計回数ｎをリセットし（Ｓ５）、メモリ８に記憶されているゼロクロス点間隔度数分布データ、振幅度数分布データ及び条件付度数分布データを更新する（Ｓ６）。そして、出力波形設定部１７で、出力波形の振幅設定、正弦波生成及び位相シフトを行い、次の半波分の消去音波形を推定する（Ｓ９）。この出力波形設定部１７での波形推定方法としては、公知のモンテカルロ法（モンテカルロシミュレーション）や指数平滑法などを用いることができる。例えば、モンテカルロ法で波形推定を行う場合は、例えば出力波形設定部１７がメモリ８内のゼロクロス点間隔度数分布表記憶領域３５に格納されているゼロクロス点間隔度数分布データと、スロープ度数分布表記憶領域３７に記憶されている条件付度数分布データとを参照し、これら度数分布に対応した確率曲線に従って乱数を生成してそれぞれのデータを定値化して波形を推定すれば良い。なお、例えば振幅を推定する場合、条件付度数分布データを用いずに乱数とゼロクロス点間隔度数分布データとから推定するようにしても良い。この場合、正弦波生成部１８において、推定した振幅にメモリ８内の振幅減衰率データ記憶領域３２に格納されている振幅減衰率データが示す値を乗じ、入力値の符号と逆の符号を与えることにより出力音の音波波形の振幅を生成することができる。また、指数平滑法で波形推定を行う場合は、例えば統計量更新部１６で予め算定した指数ｐ及び変量を表す確率変数Ｘを出力波形設定部１７が用い、確率変数Ｘの最新の実現値をＳｎ、その予測値をＸｎとすれば、次の予測値Ｘｎ＋１は次式、
【００２６】
【数１】
Ｘn+1＝ｐ×Ｓｎ＋（１−ｐ）×Ｘn  （０＜ｐ＜１）
【００２７】
を用いて計算することにより求めることができる。こうして出力波形設定部１７で推定された次の出力音の音波波形の振幅や半周期に基づき、正弦波生成部１８は、これらの正弦波のサンプル値列を生成する。そして、図８に示すように、出力波形時系列更新部１９は、正弦波生成部１８が生成したサンプル値列の初めからメモリ８内に格納されている伝搬時間データが示す伝搬時間τに相当するサンプル数だけサンプルを除いたものをＤ／Ａ変換器６に出力すると共に出力波形時系列データ記憶領域３４に記憶する（Ｓ１０）。スピーカ２とマイクロフォン３とが近接すればする程、伝搬時間τが小さくなるので、この欠落サンプル数を少なくすることができる。こうして求められた出力波形時系列データに基づき出力サンプル値が更新され（Ｓ１１）、Ｄ／Ａ変換器６でアナログ信号化されスピーカ２から消去音が出力される（Ｓ１２）。出力される消去音は、騒音とほぼ同じ波形で逆位相となるため、騒音と相殺し騒音を消音する効果がある。
【００２８】
一方、既存サンプル値ＳＮｋ−１と新たに入力された騒音サンプル値ＳＮｋとが同符号である場合には、半波の途中のサンプル値であるため、メモリ８に記憶されている。そして、騒音波形時系列データの値の最後にステップＳ２で算定された値が追加されると共に、自乗値の累計値ΣＳi2にはこの値の自乗値が加算され、且つ累計回数ｎには１が加算される（Ｓ７）。こうして、出力波形時系列データに基づくスピーカ２からの出力サンプル数が推定された消去音のサンプル数に到達したか（出力サンプルが出尽くしたか）否かが判定され（Ｓ８）、到達した場合は、ゼロクロス点検出がなされる前に消去音の半波分の出力が終了してしまったので、追加の波形を出力すべく、上記と同様の出力波形の時系列データが生成され（Ｓ９）、出力波形時系列データが更新される（Ｓ１０）。また、ステップＳ８の判定で出力サンプル値が出尽くしていない場合には、現在記憶されている出力波形時系列データの次の出力サンプル値を出力する（Ｓ１１，Ｓ１２）。これにより、１サンプリングタイム内の消音処理が終了する。この例の能動型消音装置１では、上記ステップＳ１〜Ｓ１２を繰り返し実行することで、騒音源を特定できない定常騒音音場においても有効な消音を実現することができる。
【００２９】
以下、この能動型消音装置１を用いて消音検証をした結果について説明する。図９は定常騒音の波形を示す図であり、図１０は図９の波形の一部を示す図であり、図１１〜図１４は図９の波形のゼロクロス点間隔度数分布を示す図であり、図１５〜図１７は図９の波形にこの能動型消音装置１を用いて消音処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。
【００３０】
図９においては、実際の定常騒音を５秒間、サンプリング周波数４８ｋＨｚでＡ／Ｄ変換してサンプリングした場合の騒音波形の時系列データの２秒から５秒までの３秒間の波形データが示されており、図１０においては、この波形データの３秒から３．０２秒までの２０ミリ秒間の波形データが示されている。
【００３１】
図１１〜図１４においては、図１０の波形の初めの１秒間の時系列データに上述したゼロクロス点間隔度数分布データ、振幅度数分布データ及び条件付度数分布データを求める処理を施したものを表し、横軸の単位は１サンプリングタイム、即ち、この例では１／４８０００秒である。このうち、図１１は波形の自己相関関数を、図１２はゼロクロス点間隔内の全サンプルが正の符号のものを、図１３は全サンプルが負の符号のものを、図１４はゼロクロス点間隔内の前半が正で後半が負の符号のものを示している。これらのことから、図１１に示す自己相関関数の最初の谷の横軸の値が、図１２及び図１３で中心値とみられる１７〜１８サンプルの間隔とほぼ等しいことが分かる。
【００３２】
このように表される図６の定常騒音の最初の１秒間のデータで所要統計量を算定しておき、次の１秒間で騒音を消音することを実施した。このとき、スピーカ２とマイクロフォン３との間の伝搬時間を８サンプリングタイム、即ち距離に換算して約６ｃｍとして設定した。
【００３３】
図１５及び図１７は、図１０と同じ時間帯の波形図であり、図１５はスピーカ２から出力する消去音の波形を、図１７は消音後の音の波形をそれぞれ表し、図１６は図９と同じ時間帯における消音後の音の波形を示す図である。
これらの図からも分かるようにこの能動型消音装置１は、十分に消音を実施した部分の騒音を消音することができた。ちなみに、消音対象とした１秒間の消音量は、自乗音圧値で３．１ｄＢであった。これらのことから、本発明の能動型消音装置１は、スピーカ・マイクロフォン間の音の伝搬時間τが消音対象とする騒音の平均ゼロクロス点間隔よりも短ければ有効に消音を行うことができ、スピーカ２とマイクロフォン３との距離を短くすればするほど出力波形の予測精度を向上させることができるので、消音効果を更に向上させることができるといえる。
【００３４】
この発明の第１の能動型消音装置によれば、予め騒音をサンプリングしてその波形のゼロクロス点間の時間間隔、平均振幅及びスロープの度数分布である統計量を算出し、この統計量を記憶しておくと共に、マイクロフォンから入力された入力音から消去音を除去した騒音成分が、ゼロクロスする度に次の半波分の消去音の波形を前記統計量に基づいて予測して、先行出力するようにしているので、騒音と、これに対する消去音の発生との間の時間差を無くすことができ、消音性能を向上させることができるという効果を奏する。
【００３５】
また、この発明の第２の能動型消音装置によれば、上記効果に加え、マイクロフォンから入力された入力音から消去音を除去した騒音成分が、ゼロクロスする度に、それまでの半波分の波形によって前記記憶された騒音の波形のゼロクロス点間の時間間隔、平均振幅及びスロープの度数分布である統計量を更新するようにしているので、常に最新の情報を用いて消去音の波形を予測することができ、環境変化にも適応的に対処することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係る能動型消音装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  同能動型消音装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】  同制御装置内のＣＰＵの機能を詳しく説明するための機能ブロック図である。
【図４】  同制御装置内のメモリの内部記憶領域を示す図である。
【図５】  同制御装置内に入力した騒音の音波波形のサンプル値列を示す図である。
【図６】  同能動型消音装置の消音処理プロセスを示すフローチャートである。
【図７】  入力音波形、消去音波形及び騒音波形のサンプル値列を示す図である。
【図８】  消音処理における消去音波形と騒音波形のサンプル値列を示す図である。
【図９】  定常騒音の波形を示す図である。
【図１０】  図９の波形の一部を示す図である。
【図１１】  図９の波形の自己相関関数を示す図である。
【図１２】  図９の波形のゼロクロス点間隔度数分布を示す図である。
【図１３】  図９の波形のゼロクロス点間隔度数分布を示す図である。
【図１４】  図９の波形のゼロクロス点間角度数分布を示す図である。
【図１５】  図９の波形に能動型消音装置を用いて消音処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。
【図１６】  図９の波形に能動型消音装置を用いて消音処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。
【図１７】  図９の波形に能動型消音装置を用いて消音処理を施した場合の定常騒音の波形を示す図である。
【図１８】  一般的な能動型消音装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…能動型消音装置、２…スピーカ、３…マイクロフォン、４…Ａ／Ｄ変換器、５…制御装置、６…Ｄ／Ａ変換器、７…ＣＰＵ、８…メモリ、１１…騒音サンプル値算定部、１２…スピーカ・マイクロフォン間伝搬特性設定部、１３…騒音波形時系列更新部、１４…ゼロクロス点判定部、１５…自乗音圧値累計部、１６…統計量累計部、１７…出力波形設定部、１８…正弦波生成部、１９…出力波形時系列更新部。
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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