(57)【要約】【課題】制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させることが可能な騒音制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る騒音制御装置は、制御点に向けて制御音を放射することによって、当該制御点に到来する複数の騒音を低減させる騒音制御装置であって、各々が自身に到来する複数の騒音を検出して騒音信号として出力する４個以上の騒音検出器と、各騒音信号に応じた制御音を制御点に向けて放射する制御スピーカと、４個以上の騒音検出器それぞれに対応するように、かつ制御スピーカからの制御音が制御点に到来する複数の騒音を低減させるように設定されたフィルタ係数を用いて、各騒音検出器からの騒音信号をそれぞれ信号処理し、信号処理した各騒音信号の全てを加算して制御スピーカへ出力するフィルタ部とを備え、制御点および制御スピーカは、各騒音検出器の配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に設けられる。【選択図】図７
2009029405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御点に向けて制御音を放射することによって、当該制御点に到来する複数の騒音を低減させる騒音制御装置であって、
各々が自身に到来する複数の騒音を検出して騒音信号として出力する４個以上の騒音検出器と、
各前記騒音信号に応じた前記制御音を前記制御点に向けて放射する制御スピーカと、
前記４個以上の騒音検出器それぞれに対応するように、かつ前記制御スピーカからの制御音が前記制御点に到来する複数の騒音を低減させるように設定されたフィルタ係数を用いて、各前記騒音検出器からの騒音信号をそれぞれ信号処理し、信号処理した各前記騒音信号の全てを加算して前記制御スピーカへ出力するフィルタ部とを備え、
前記制御点および前記制御スピーカは、各前記騒音検出器の配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に設けられることを特徴とする、騒音制御装置。
【請求項２】
各前記フィルタ係数は、固定の係数であり、
隣接する前記騒音検出器の間隔は、予め設定された制御帯域内の上限周波数に応じた間隔であることを特徴とする、請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項３】
前記隣接する騒音検出器の間隔をａとし、音速をｃとし、前記制御帯域内の上限周波数をｆとしたときに、ａ≦ｃ／２ｆの関係が成り立つことを特徴とする、請求項２記載の騒音制御装置。
【請求項４】
前記隣接する騒音検出器の間隔をａとし、音速をｃとし、前記制御帯域内の上限周波数をｆとしたときに、ａ≦ｃ／３ｆの関係が成り立つことを特徴とする、請求項２記載の騒音制御装置。
【請求項５】
各前記フィルタ係数は、前記制御スピーカおよび前記制御点間の伝達関数を用いて、前記制御点に到来する複数の騒音と前記制御点に到来する前記制御音との差分を最小とするように算出された係数であることを特徴とする、請求項２記載の騒音制御装置。
【請求項６】
各前記フィルタ係数は、前記騒音制御装置の用途場所の音場を模擬した室内において算出された係数であることを特徴とする、請求項５記載の騒音制御装置。
【請求項７】
各前記フィルタ係数は、前記制御点に到来する複数の騒音に対する一般解であることを特徴とする、請求項５記載の騒音制御装置。
【請求項８】
各前記フィルタ係数は、前記制御スピーカおよび前記制御点間の伝達関数を用いて、前記制御点に到来する複数の騒音と前記制御点に到来する前記制御音との差分を最小とするように適応的に更新される係数であることを特徴とする、請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項９】
前記閉空間の形状は、略球形状であることを特徴とする、請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項１０】
前記閉空間の形状は、略円柱形状であることを特徴とする、請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項１１】
前記騒音検出器において複数の騒音が検出されてから、前記制御スピーカからの制御音が放射されるまでに要する時間をτとし、音速をｃとし、前記騒音検出器および前記制御点の間隔をｒとし、前記制御スピーカおよび前記制御点の間隔をｄとしたときに、ｒ−ｄ≧τ・ｃの関係が前記騒音検出器それぞれについて成り立つことを特徴とする、請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項１２】
前記騒音制御装置は、前記制御点である座席近傍に到来する複数の騒音を低減させるために当該座席に設置されており、
各前記騒音検出器が取り付けられ、前記制御点および前記制御スピーカが前記閉空間の内部に設けられるように前記座席に取り付けられた複数のアームをさらに備える、請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項１３】
前記制御点は、前記座席に座っている受聴者の耳元であり、
前記制御スピーカは、前記制御点の近傍に配置されることを特徴とする、請求項１２記載の騒音制御装置。
【請求項１４】
各前記アームは、前記座席に対して移動可能に取り付けられており、
前記騒音制御装置は、
前記座席の座部および背もたれの少なくとも一方に取り付けられた圧力センサと、
前記圧力センサにおいて検出された圧力が所定値以上である場合、前記制御点および前記制御スピーカが前記閉空間の内部に設けられるように各前記アームを移動させ、前記圧力センサにおいて検出された圧力が所定値よりも小さい場合、前記制御点および前記制御スピーカが前記閉空間の内部に設けられないように各前記アームを移動させるアーム移動手段とをさらに備える、請求項１２記載の騒音制御装置。
【請求項１５】
前記座席には、シートベルトが設けられており、
各前記アームは、前記座席に対して移動可能に取り付けられており、
前記騒音制御装置は、
前記シートベルトが着用されているか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段において前記シートベルトが着用されていると判断された場合、前記制御点および前記制御スピーカが前記閉空間の内部に設けられるように各前記アームを移動させ、前記判断手段において前記シートベルトが着用されていないと判断された場合、前記制御点および前記制御スピーカが前記閉空間の内部に設けられないように各前記アームを移動させるアーム移動手段とをさらに備える、請求項１２記載の騒音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音制御装置に関し、より特定的には、３次元空間において制御点に到来する不特定多数の騒音を能動的に低減させる騒音制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
逆位相の音を制御スピーカから再生して騒音を打ち消す、所謂、能動騒音制御の考えは古くから存在している。最初はアナログのフィードバック制御（以降、ＦＢ制御と称す）による能動騒音制御の実用化が図られ、アナログのＦＢ制御は現在でもヘッドホンなどで一般的に用いられている。最近では、ＤＳＰなどのデジタルデバイスやデジタル信号処理技術の進歩により、空調ダクトや冷蔵庫、自動車などで、適応フィルタを用いたフィードフォワード制御（以降、ＦＦ制御と称す）による能動騒音制御が実用化されている。アナログのＦＢ制御を用いた場合は、コストを比較的低く抑えることはできる。しかし、複雑な制御特性を実現するのが困難であるため、３次元空間において制御点に到来する複数の騒音を低減させる制御を行うことができない。一方、適応フィルタを用いたＦＦ制御では、複雑な制御特性も実現しやすいため、３次元空間において制御点に到来する複数の騒音を低減させる制御を行うことができる。このため、３次元空間において制御点に到来する複数の騒音を低減させたい場合には、適応フィルタを用いたＦＦ制御が用いられている。
【０００３】
図２０を用いて、適応フィルタを用いたＦＦ制御の原理を簡単に説明する。図２０は、従来の適応フィルタを用いたＦＦ制御を実現した回路構成を示す図である。図２０では、互いに相関のない独立した騒音源Ｎ１〜Ｎ４が存在している。そして図２０では、騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの各騒音を制御点であるエラーマイク１０５０において低減させる制御を行っている。騒音マイク１０１１は、騒音源Ｎ１からの騒音を検出し、騒音信号として適応フィルタ１０２１に出力する。同様に、騒音マイク１０１２は、騒音源Ｎ２からの騒音を検出して騒音信号を適応フィルタ１０２２に出力し、騒音マイク１０１３は、騒音源Ｎ３からの騒音を検出して騒音信号を適応フィルタ１０２３に出力し、騒音マイク１０１４は、騒音源Ｎ４からの騒音を検出して騒音信号を適応フィルタ１０２４に出力する。
【０００４】
適応フィルタ１０２１は、エラーマイク１０５０に到来する騒音源Ｎ１からの騒音と逆位相・同音圧となる制御信号を生成する。同様に、適応フィルタ１０２２は、エラーマイク１０５０に到来する騒音源Ｎ２からの騒音と逆位相・同音圧となる制御信号を生成し、適応フィルタ１０２３は、エラーマイク１０５０に到来する騒音源Ｎ３からの騒音と逆位相・同音圧となる制御信号を生成し、適応フィルタ１０２４は、エラーマイク１０５０に到来する騒音源Ｎ４からの騒音と逆位相・同音圧となる制御信号を生成する。適応フィルタ１０２１〜１０２４で生成された各制御信号は、加算器１０３０で合成され、制御音として制御スピーカ１０４０から再生される。エラーマイク１０５０では、騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの各騒音と制御スピーカ１０４０からの制御音とが干渉し、その差分がエラー信号として検出される。エラー信号は、適応フィルタ１０２１〜１０２４にそれぞれ入力される。適応フィルタ１０２１〜１０２４は、このエラー信号を最小とするように自らのフィルタ係数を更新する。その具体的な更新手法として、例えばＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ＿ＬＭＳ法などがある。エラー信号を最小とするように各フィルタ係数を更新することで、最終的には、騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの各騒音と逆位相・同音圧となる制御音が制御スピーカ１０４０から再生される。その結果、制御点であるエラーマイク１０５０において、エラーマイク１０５０に到来する各騒音が低減される。
【０００５】
次に、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ＿ＬＭＳ法を用いた適応フィルタ１０２１〜１０２４の動作について詳しく説明する。騒音源Ｎ１からエラーマイク１０５０までの伝達関数をＧ１、騒音源Ｎ２からエラーマイク１０５０までの伝達関数をＧ２、騒音源Ｎ３からエラーマイク１０５０までの伝達関数をＧ３、騒音源Ｎ４から制御点エラーマイク１０５０までの伝達関数をＧ４とする。また、制御スピーカ１０４０からエラーマイク１０５０までの伝達関数をＣ、適応フィルタ１０２１の制御伝達関数をＨ１、適応フィルタ１０２２の制御伝達関数をＨ２、適応フィルタ１０２３の制御伝達関数をＨ３、適応フィルタ１０２４の制御伝達関数をＨ４とする。なお、Ｃは適応フィルタ１０２１〜１０２４に予め設定されている。またＧ１〜Ｇ４、Ｃ、Ｈ１〜Ｈ４は、周波数領域で表現された伝達関数である。また制御伝達関数Ｈ１〜Ｈ４は、適応フィルタ１０２１〜１０２４において更新されるフィルタ係数である。この条件下、エラーマイク１０５０において各騒音を低減させるには、適応フィルタ１０２１〜１０２４において、理想的にはエラーマイク１０５０において騒音が無くなるように（つまり騒音が０となるように）フィルタ係数が更新されればよい。具体的には、適応フィルタ１０２１〜１０２４における各フィルタ係数が最終的に以下の係数に収束すればよい。
Ｈ１＝−Ｇ１／Ｃ
Ｈ２＝−Ｇ２／Ｃ
Ｈ３＝−Ｇ３／Ｃ
Ｈ４＝−Ｇ４／Ｃ
【０００６】
ここで、制御点に到来する複数の騒音を低減させるには、一般的に、因果律を満たすことと、騒音マイク１０１１〜１０１４で検出した各騒音信号と、エラーマイク１０５０で検出されるべき騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの各騒音信号との相関が高いことが必要とされる。
【０００７】
まず、因果律を満足させるには、以下の式（１）を満足する必要がある。
τｎ  ≦  Ｔｎ−ｔ      ・・・（１）
但し、ｎは１以上の整数とする。Ｔｎは、騒音源Ｎｎからの騒音が騒音源Ｎｎからエラーマイク１０５０に到来するのに要する時間とする。τｎは、騒音が騒音源Ｎｎから発生してから、発生した騒音が騒音マイク１０１ｎを介して適応フィルタ１０２ｎで信号処理され、制御音として制御スピーカ１０４０より放射されるまでに要する時間とする。ｔは、制御スピーカ１０４０から放射された制御音がエラーマイク１０５０に到来するのに要する時間とする。ここで、適応フィルタを用いたＦＦ制御では、発生した騒音が騒音マイク１０１ｎで検出されてから制御音が制御スピーカ１０４０より再生されるまでに要する時間（つまり信号処理時間）に或る程度の時間が必要である。このため、式（１）を満足するには、可能な限り騒音源Ｎ１〜Ｎ４の近傍でそれぞれの騒音を検出する必要がある。騒音源Ｎ１〜Ｎ４の近傍で各騒音を検出することで、時間τ１〜τ４のうち、騒音源Ｎ１〜Ｎ４から発生した各騒音が騒音マイク１０１１〜１０１４でそれぞれ検出されるまでの時間を短くすることができる。そして、その短くなった時間だけ、上記信号処理時間を長くすることができる。このように、騒音源Ｎ１〜Ｎ４の近傍で各騒音を検出することで、適応フィルタを用いたＦＦ制御を行うのに必要な信号処理時間を確保することができる。
【０００８】
次に、相関に関しては、騒音マイク１０１１〜１０１４で検出した各騒音と、エラーマイク１０５０に到来する騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの各騒音との相関が高くない場合、適応フィルタ１０２１〜１０２４の各フィルタ係数が収束しない。したがって、相関を高くする必要がある。このためには、騒音源Ｎ１〜Ｎ４をできるだけ個別に、且、全て検出する必要がある。
【０００９】
このように、因果律を満たし、かつ、騒音マイク１０１１〜１０１４で検出した各騒音と、エラーマイク１０５０で検出されるべき騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの各騒音との相関が高くするには、騒音源Ｎ１〜Ｎ４からの全ての騒音を騒音源Ｎ１〜Ｎ４の近傍で個別に検出することが必要となる。
【００１０】
次に、従来の特許文献に示されたＦＦ制御について、参考として説明する。特許文献１では、自動車エンジン音や路面からの振動によるロードノイズを自動車内で低減させる装置について述べられている。エンジン音と路面振動に起因するロードノイズとはそれぞれ相関のない複数の騒音源として個別に騒音を検出している。具体的には、エンジン回転数に応じたクランク角信号を、エンジン音と相関の高い信号として検出している。また、各サスペンションに設置した振動ピックアップにより検出される路面凹凸に伴うサスペンション振動を、ロードノイズと相関の高い信号として検出している。これらの信号がそれぞれに対応する適応フィルタによって個別に処理され、処理された各信号が車室内スピーカから制御音として再生される。車室内の各座席近傍には、エラーマイクが設置される。各適応フィルタは、エラーマイクからのエラー信号を最小とするように自らのフィルタ係数を更新する。その結果、エラーマイクに到来するエンジン音およびロードノイズが低減される。このように、特許文献１においても、複数の騒音源からの各騒音を低減させる場合、各騒音を個別に検出する必要性が示されている。
【００１１】
特許文献２では、洗濯機において発生する複数の騒音を洗濯機内で低減させる装置について述べられている。洗濯機は一般に、ギヤボックスなどを介してモーターの回転を洗濯槽内の水に伝達させて洗濯槽内の水を回転させることにより、洗濯槽内の衣服等を洗浄している。このとき、モーター以外に、ギヤボックスや、洗濯機本体の外装部品、洗濯槽、その他の構成部品も振動し、それぞれ個別に騒音を発生させる。モーターの振動周波数を主に含む騒音については、モーターでの騒音を検出するだけでよい。しかし、振動が伝達する過程において非線形成分が発生する場合がある。このため、モーターの振動で加振された他の構成部品が、モーターの振動周波数とは別の振動周波数を含む騒音を発生させてしまう。この場合、モーターの振動周波数を主に含む騒音と、他の構成部品から発生する騒音との間には相関はないので、それぞれ個別の騒音とみなせる。そこで特許文献２では、洗濯槽からの騒音に対しては洗濯槽に取付けた振動ピックアップ型センサーで検出し、洗濯機本体の外装部品からの騒音に対してはその内部側面に取付けた振動ピックアップ型センサーで検出し、モーターからの騒音に対してはモーターに取付けた振動ピックアップ型センサーで検出し、ギヤボックスからの騒音に対してはギヤボックスに取付けた振動ピックアップ型センサーで検出し、洗濯機内部で発生しているこもり音に対しては洗濯機内部に取付けたセンサーで検出している。検出した各信号は、メインコントロール部で信号処理され、洗濯機内に設置した制御スピーカより再生される。これにより、各騒音源から発生する騒音を低減している。このように、特許文献２においても、複数の騒音源からの各騒音を低減させる場合、各騒音を個別に検出する必要性が示されている。
【特許文献１】特開平３−２０３７９２号公報
【特許文献２】特開平４−２９８７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、図２０や特許文献１および２に示された従来のＦＦ制御を行って複数の騒音を低減させるには、各騒音を個別に検出する必要があり、そのためには、各騒音源の位置が予め特定されている必要がある。特許文献１の自動車の場合、自動車自身から発生する騒音（エンジン音やロードノイズ）については、騒音源の位置を予め特定するこができる。これは、特許文献２の洗濯機の場合についても同様である。
【００１３】
しかしながら、自動車や列車などの乗り物の周囲の騒音（他車の騒音やトンネルに入ったときの反響音など）については、乗り物の移動などで乗り物の周囲環境が変化するとともに変化する。このため、乗り物の周囲の騒音については、その騒音源の位置を予め特定することはできない。また例えば、住宅内のソファなどで寛ぐときに外部騒音や室内の機器騒音（掃除機や他家族が見ているテレビ音声、台所の流し、換気扇の音などの、所謂、生活騒音）を低減させたい場合、生活騒音は常に一定ではないし、住宅（世帯）毎に生活騒音の状況は異なる。このため、ソファに届く生活騒音は常に変化していると考えなくてはならず、当然ながらその騒音源の位置を予め特定することはできないといえる。このことは、工場やオフィスのワークスペースで周囲の騒音を低減させ、落ち着いて作業したい場合にも同様のことがいえる。
【００１４】
このように、乗り物や住宅、工場、オフィスなどの３次元的な自由空間において、制御点の周囲には、常に不特定多数の騒音源が存在していると考えられる。つまり、制御点には不特定多数の騒音が到来すると考えられる。このような不特定多数の騒音に対し、図２０や特許文献１および２に示された従来のＦＦ制御では、それらの騒音源の位置を特定することができないがために、不特定多数の騒音を制御点において低減させることは不可能に近いものであった。
【００１５】
また、壁や床、天井で囲まれた閉空間においては、或る騒音源からの騒音が壁や床、天井で反射する。反射した拡散音は、騒音源からの騒音とは別の騒音となり、騒音源の位置や方向がさらに特定されにくくなってしまう。このため、図２０や特許文献１および２に示された従来のＦＦ制御では、壁や床、天井で囲まれた閉空間内の不特定多数の騒音を制御点において低減させることは、さらに不可能に近いものとなる。
【００１６】
以下、従来のＦＦ制御では不特定多数の騒音を低減させることができない理由について、さらに詳しく説明する。図２１は、比較的反射の多い実験室Ｂ内で、受聴者Ａの頭部近傍エリアを騒音制御する騒音制御装置を示している。図２１では、受聴者Ａの比較的近傍に設置した４つの騒音スピーカ１００１〜１００４から、それぞれ相関のない独立した騒音が出力される。実験室Ｂのサイズは、８．５ｍ×８．５ｍ×２．５ｍである。受聴者Ａから騒音スピーカ１００１〜１００４の各距離は、約１ｍである。騒音マイク１０１１〜１０１４は、騒音スピーカ１００１〜１００４の直前に設置されており、各騒音を個別に検出する。検出された各騒音は、マルチｃｈ適応フィルタ１０２０に入力される。マルチｃｈ適応フィルタ１０２０は、特許文献１の第３図に示される適応フィルタ２２Ａ１〜２２Ｄ１、２２Ａ２〜２２Ｄ２、２２Ａ３〜２２Ｄ３、２２Ａ４〜２２Ｄ４、２２Ａ５〜２２Ｄ５と同様である。具体的には、マルチｃｈ適応フィルタ１０２０は、騒音マイク１０１１に対して伝達関数（フィルタ係数）の異なる４つの適応フィルタ、騒音マイク１０１２に対してフィルタ係数の異なる４つの適応フィルタ、騒音マイク１０１３に対してフィルタ係数の異なる４つの適応フィルタ、騒音マイク１０１４に対してフィルタ係数の異なる４つの適応フィルタを備えている。各騒音マイクに対して設けられた４つのフィルタ係数は、制御スピーカ１０４１〜１０４４に応じた係数となっている。マルチｃｈ適応フィルタ１０２０から制御スピーカ１０４１へ出力される信号は、制御スピーカ１０４１に応じたフィルタ係数を有する適応フィルタでそれぞれ処理された信号を加算したものとなる。同様に、制御スピーカ１０４２へ出力される信号は、制御スピーカ１０４２に応じたフィルタ係数を有する適応フィルタでそれぞれ処理された信号を加算したものとなり、制御スピーカ１０４３へ出力される信号は、制御スピーカ１０４３に応じたフィルタ係数を有する適応フィルタでそれぞれ処理された信号を加算したものとなり、制御スピーカ１０４４へ出力される信号は、制御スピーカ１０４４に応じたフィルタ係数を有する適応フィルタでそれぞれ処理された信号を加算したものとなる。なお、図２１の実験では、上記因果律の関係式（１）を満足しているとする。
【００１７】
エラーマイク１０５１〜１０５４は、受聴者Ａの耳元に設置されている。受聴者Ａの耳元において騒音スピーカ１００１〜１００４からの各騒音と制御スピーカ１０４１〜１０４４からの各制御音とが干渉し、その差分がエラーマイク１０５１〜１０５４においてエラー信号として検出される。検出された各エラー信号は、マルチｃｈ適応フィルタ１０２０に入力される。マルチｃｈ適応フィルタ１０２０は、各エラー信号を総合的に最小とするように、各適応フィルタのフィルタ係数を更新する。その結果、騒音スピーカ１００１〜１００４からの各騒音は、受聴者Ａの耳元であるエラーマイク１０５１〜１０５４において低減される。各適応フィルタのフィルタ係数を更新する具体的な手法として、ＭＥＦＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ）＿ＬＭＳ法などがある。
【００１８】
ここで、図２２は、図２１の実験において、騒音スピーカ１００１に入力する騒音信号と、騒音マイク１０１１で検出された騒音信号とのコヒーレンス（相関度合）を示す図である。図２２では、騒音スピーカ１００１〜１００４に入力する騒音信号を１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚで帯域制限されたピンクノイズとしている。図２２により、各騒音信号の相関は、騒音スピーカ１００１に入力された騒音信号の帯域と同じ帯域（１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ）において高くなっていることがわかる。これは、騒音マイク１０１１が騒音スピーカ１００１の直前に設置されているためである。また、図２１に示した実験において、エラーマイク１０５１での騒音低減効果を図２３に示し、エラーマイク１０５２での騒音低減効果を図２４に示す。図２３および図２４からわかるように、１００〜１０００Ｈｚの帯域において、それぞれ１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られている。
【００１９】
次に、図２５に示すように、図２１に示した状態から騒音スピーカ１００１〜１００４を受聴者Ａから離すように設置した場合を考える。図２５において、受聴者Ａから騒音スピーカ１００１〜１００４の各距離は約２ｍである。その他の条件は図２１と同じであるので、図２５では、マルチｃｈ適応フィルタ１０２０およびその配線の図示を省略している。また図２５の実験では、上記因果律の関係式（１）を満足しているとする。
【００２０】
図２６は、図２５の実験において、騒音スピーカ１００１に入力する騒音信号と、騒音マイク１０１１で検出された騒音信号とのコヒーレンスを示す図である。図２６からわかるように、各騒音信号の相関は、図２２の場合と比べて低くなっている。これは、騒音マイク１０１１が騒音スピーカ１００１から離れた位置に設置されているためである。騒音マイク１０１１が離れて設置された場合、騒音マイク１０１１では、騒音スピーカ１００１からの騒音以外に、床や壁、天井などで複雑に反射した反射音や、騒音スピーカ１００２〜１００４からの他の騒音も検出してしまう。これにより、図２６に示す各騒音信号の相関は、図２２の場合と比べて低くなっている。また、床や壁、天井などで複雑に反射した反射音は、どの騒音マイク１０１１〜１０１４でも検出されずに、受聴者Ａに達することも予想される。この場合、新たな騒音源が受聴者Ａの周囲に発生したことを意味し、その騒音源の位置は予め特定できるものではなく、受聴者Ａの周囲には不特定多数の騒音源が存在することとなる。その結果、図２７〜図３０に示すように、騒音低減効果が得られなくなる。図２７は、図２５の実験において、エラーマイク１０５１での騒音低減効果を示し、図２８は、エラーマイク１０５２での騒音低減効果を示し、図２９は、エラーマイク１０５３での騒音低減効果を示し、図３０は、エラーマイク１０５４での騒音低減効果を示している。
【００２１】
このように、適応フィルタを用いた従来のＦＦ制御では、騒音源の位置を予め特定し、特定した騒音源からの騒音を個別に、かつ確実に検出しなければ、騒音低減効果は得られないことがわかる。したがって、受聴者Ａの周囲に不特定多数の騒音源が存在することとなった場合、従来のＦＦ制御ではそれらの騒音を低減させることができなかった。このことは、特許文献１および２において、不特定多数の騒音源を制御することに関して敢えて明確に示されていないことによっても、示唆されるものである。
【００２２】
それ故、本発明は、上記課題に鑑み、制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させることが可能な騒音制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上記課題を解決するための騒音制御装置に向けられており、本発明に係る騒音制御装置は、制御点に向けて制御音を放射することによって、当該制御点に到来する複数の騒音を低減させる騒音制御装置であって、各々が自身に到来する複数の騒音を検出して騒音信号として出力する４個以上の騒音検出器と、各騒音信号に応じた制御音を制御点に向けて放射する制御スピーカと、４個以上の騒音検出器それぞれに対応するように、かつ制御スピーカからの制御音が制御点に到来する複数の騒音を低減させるように設定されたフィルタ係数を用いて、各騒音検出器からの騒音信号をそれぞれ信号処理し、信号処理した各騒音信号の全てを加算して制御スピーカへ出力するフィルタ部とを備え、制御点および制御スピーカは、各騒音検出器の配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に設けられることを特徴とする。これにより、制御点に到来する複数の騒音が不特定多数の騒音であっても、当該不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００２４】
より好ましくは、各フィルタ係数は、固定の係数であり、隣接する騒音検出器の間隔は、予め設定された制御帯域内の上限周波数に応じた間隔であるとよい。これにより、フィルタ係数が固定の係数であっても、制御帯域内において、不特定多数の騒音を低減することができる。ここで従来では、個別に騒音を検出する必要があるが故に、例えばエンジン音などのように騒音特性が常に変化するものを対象とした場合、騒音源の位置は特定できたとしても騒音の変化を予め予測することは困難であるため、その状況に応じた適応制御をせざるを得ない。つまり、適応動作し続けないと、低減効果が得られない。したがって、常に演算量が多く、コストアップなどの問題も発生する。さらに、適応動作し続けるには、適応動作による係数更新が発散しないように安全上の演算も必要となり、益々コストアップするなどの要因となってしまう。これに対し、本発明によれば、固定のフィルタ係数であっても、制御帯域内において、不特定多数の騒音を低減させることができるので、演算量やコストを大幅に削減することができる。
【００２５】
この場合においてさらに、隣接する騒音検出器の間隔をａとし、音速をｃとし、制御帯域内の上限周波数をｆとしたときに、ａ≦ｃ／２ｆの関係が成り立つとよい。これにより、制御帯域内において不特定多数の騒音を低減することができる。または、隣接する騒音検出器の間隔をａとし、音速をｃとし、制御帯域内の上限周波数をｆとしたときに、ａ≦ｃ／３ｆの関係が成り立つとよい。これにより、制御帯域内の上限周波数において約１０ｄＢ以上の低減効果を得ることができる。または、各フィルタ係数は、制御スピーカおよび制御点間の伝達関数を用いて、制御点に到来する複数の騒音と制御点に到来する制御音との差分を最小とするように算出された係数であるとよい。この場合においてさらに、各フィルタ係数は、騒音制御装置の用途場所の音場を模擬した室内において算出された係数であるとよい。これにより、用途場所により適した低減効果を得ることができる。または、各フィルタ係数は、制御点に到来する複数の騒音に対する一般解であるとよい。これにより、用途場所に左右されることなく、低減効果を得ることができる。
【００２６】
より好ましくは、各フィルタ係数は、制御スピーカおよび制御点間の伝達関数を用いて、制御点に到来する複数の騒音と制御点に到来する制御音との差分を最小とするように適応的に更新される係数であるとよい。
【００２７】
より好ましくは、閉空間の形状は、略球形状または、略円柱形状であるとよい。
【００２８】
より好ましくは、騒音検出器において複数の騒音が検出されてから、制御スピーカからの制御音が放射されるまでに要する時間をτとし、音速をｃとし、騒音検出器および制御点の間隔をｒとし、制御スピーカおよび制御点の間隔をｄとしたときに、ｒ−ｄ≧τ・ｃの関係が騒音検出器それぞれについて成り立つとよい。これにより、因果律を満たすことができる。
【００２９】
より好ましくは、騒音制御装置は、制御点である座席近傍に到来する複数の騒音を低減させるために当該座席に設置されており、各騒音検出器が取り付けられ、制御点および制御スピーカが閉空間の内部に設けられるように座席に取り付けられた複数のアームをさらに備えるとよい。これにより、座席近傍に到来する複数の騒音が不特定多数の騒音であっても、当該不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００３０】
この場合においてさらに、制御点は、座席に座っている受聴者の耳元であり、制御スピーカは、制御点の近傍に配置されるとよい。または、各アームは、座席に対して移動可能に取り付けられており、騒音制御装置は、座席の座部および背もたれの少なくとも一方に取り付けられた圧力センサと、圧力センサにおいて検出された圧力が所定値以上である場合、制御点および制御スピーカが閉空間の内部に設けられるように各アームを移動させ、圧力センサにおいて検出された圧力が所定値よりも小さい場合、制御点および制御スピーカが閉空間の内部に設けられないように各アームを移動させるアーム移動手段とをさらに備えるとよい。これにより、受聴者の座席を着席または離れる際に、騒音マイクが受聴者に邪魔にならないようにすることができる。または、座席には、シートベルトが設けられており、各アームは、座席に対して移動可能に取り付けられており、騒音制御装置は、シートベルトが着用されているか否かを判断する判断手段と、判断手段においてシートベルトが着用されていると判断された場合、制御点および制御スピーカが閉空間の内部に設けられるように各アームを移動させ、判断手段においてシートベルトが着用されていないと判断された場合、制御点および制御スピーカが閉空間の内部に設けられないように各アームを移動させるアーム移動手段とをさらに備えるとよい。これにより、受聴者の座席を着席または離れる際に、騒音マイクが受聴者に邪魔にならないようにすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の騒音制御装置によれば、制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させることが可能な騒音制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
最初に、本発明に係る実施形態について説明する前に、本発明の基本となる考え方について実験を通して説明する。
【００３３】
図１は、実験に用いた本発明における騒音マイクの配置パターン例を示す図である。図１において、騒音マイク１０１〜１２０は、制御点であるエラーマイク１５０を３次元空間において取り囲むように配置されている。具体的には、騒音マイク１０１〜１２０は、エラーマイク１５０を中心とする略円柱形状である多面体形状の閉空間を形成するように、エラーマイク１５０の周囲に配置されている。換言すれば、エラーマイク１５０は、騒音マイク１０１〜１２０の各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に配置されている。また図１の例では、騒音マイク１０１〜１２０は、隣接するマイク間隔をａ（一定）とするように配置されている。なお、図１に示される騒音マイクの配置パターンをＰ１と称す。また、配置パターンＰ１におけるマイク間隔ａは、略円柱形状の表面での間隔であるとする。つまり、マイク間隔ａは、例えば、騒音マイク１０１と１１２との間隔のように、略円柱形状の内部における間隔を含むものではない。
【００３４】
図２は、図１に示した騒音マイクとエラーマイクを用いた騒音制御装置の回路構成を示す図である。図２において、騒音マイク１０１〜１２０は、自身に到来する複数の騒音を検出して騒音信号として出力する。騒音マイク１０１〜１２０からの騒音信号は、適応フィルタ２０１〜２２０で処理され、加算器４０１で加算される。加算器４０１で加算された信号は、加算器４０２に入力される。エラーマイク１５０で検出した騒音は、加算器４０２に入力される。加算器４０２は、加算器４０１とエラーマイク１５０からの出力信号を加算する。加算器４０２での加算結果をエラー信号とみなし、適応フィルタ２０１〜２２０はこのエラー信号を最小とするように自身のフィルタ係数を更新する。これによって、加算器４０２での加算結果が低減する。これは、エラーマイク１５０で検出される騒音が低減されることを意味する。またこれは、スピーカを理想特性（伝達関数＝１）としたときのＦＦ制御に他ならない。なお、適応フィルタ２０１〜２２０は、図２０で示した適応フィルタ１０２１〜１０２４と同様のものであり、更新手法としてＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ＿ＬＭＳ法を採用している。
【００３５】
図１および図２に示した騒音制御装置を実験室Ｂに設置し、実験室Ｂ内の音場を変えてその前後で騒音低減効果を比較する実験を行った。図３は、騒音制御装置が実験室Ｂに設置されている様子を示す図である。図３では、騒音制御装置のうち、図１に示した騒音マイクとエラーマイクのみ図示し、それ以外の構成については図示を省略している。図３において、実験室Ｂには、多数の騒音スピーカ（騒音ＳＰ）が設置されている。騒音スピーカは、騒音マイクと離れて設置されている。図３に示す状態の音場を音場１とする。図４は、音場１を音場２に変えたときの様子を示す図である。図４に示すように、騒音スピーカの位置や方向が図３に対して変わっている。これにより、音場１とは異なる音場２を実現している。
【００３６】
まず、図３に示す音場１において、適応フィルタ２０１〜２２０を適応動作させて係数を求め、騒音制御装置の制御をＯＮ／ＯＦＦさせた場合の、加算器４０２からの出力信号（つまり騒音レベル）の周波数特性を測定した。その後、音場１を図４に示す音場２に変え、適応フィルタ２０１〜２２０の係数更新を行なわずに、音場１で収束した適応フィルタ２０１〜２２０のフィルタ係数を用いて、騒音制御装置の制御をＯＮ／ＯＦＦさせた場合の騒音レベルの周波数特性を測定した。図５Ａは音場１で騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図であり、図５Ｂは音場２での騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図である。なお、図５Ａおよび図５Ｂにおける騒音マイクの間隔はａ＝２０ｃｍである。
【００３７】
図５Ａにおいて、制御ＯＮ時、騒音レベルが高い周波数まで低減していることがわかる。また、図５Ｂにおいて、制御ＯＮ時、騒音レベルが８００Ｈｚ〜９００Ｈｚ以下の周波数帯域で低減していることがわかる。なおここでは、音場２において、適応フィルタ２０１〜２２０を適応動作させた場合については、測定結果を示していないが、図５Ａに示した測定結果と同様に、騒音レベルが高い周波数まで低減する。
【００３８】
図５Ａおよび図５Ｂの測定結果により、次のことがわかった。第１に、図３に示す音場１では、騒音マイクは騒音スピーカの直前に設置されていない。つまり、図２５の実験室Ｂと同様、図３に示す音場１では、エラーマイク１５０に不特定多数の騒音が到来する。しかしながら、このような音場でも、図５Ａに示すように騒音低減効果が得られている。このことから、制御点であるエラーマイクの周囲に不特定多数の騒音源が存在する場合でも、適応フィルタのフィルタ係数は収束し、それらの騒音を低減することができることがわかった。つまり、適応フィルタを用いる場合、騒音マイク１０１〜１２０の各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部にエラーマイク１５０を配置すれば、騒音源の位置を予め特定して騒音源からの騒音を個別にかつ確実に検出しなくても、騒音低減効果を十分に得ることができることがわかった。このことは、音場１だけではなく、音場１を音場２に変えても騒音低減効果が得られていることからも、明らかである。なお、適応フィルタを用いる場合、騒音低減効果を得るには、騒音マイク１０１〜１２０の各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部にエラーマイク１５０を配置すればよく、マイク間隔ａは、いずれの値であってもよいし、一定でなくてもよい。このことは、後述する図６Ａに示すように、マイク間隔ａを変えても図５Ａと同等の騒音低減効果が得られることからも、明らかである。
【００３９】
第２に、図５Ｂの測定結果より、固定のフィルタ係数を用いる場合、マイク間隔ａと、騒音低減効果が得られ始める高域側周波数との間には、一定の関係が成立することがわかった。図５Ｂにおいて、騒音低減効果が得られ始める高域側周波数は、８００Ｈｚ〜９００Ｈｚ付近である。ここで、周波数と音の波長との間には以下の式（２）が成立する。
λ＝ｃ／ｆ      ・・・（２）
（但し、λ：音の波長（ｍ）、ｃ：音速（ｍ／ｓ）、ｆ：周波数（Ｈｚ））
例えば、騒音低減効果が得られ始める高域側周波数をｆ＝８５０Ｈｚとし、ｃ＝３４０ｍ／ｓとすると、音の波長はλ＝０．４ｍとなる。騒音マイクの間隔はａ＝２０ｃｍ（０．２ｍ）としているので、λ＝２×ａとなり、ａはλ／２（＝ｃ／２ｆ）に相当することになる。つまり、マイク間隔ａは、騒音低減効果が得られ始める高域側周波数における音の波長の１／２の長さに相当するという関係が成立している。この関係により、例えば、騒音低減効果が１０００Ｈｚまで得られるようにする場合、マイク間隔はａ＝λ／２＝ｃ／２ｆ＝０．１７ｍとすればよい。
【００４０】
第３に、図５Ｂの測定結果より、固定のフィルタ係数を用いる場合、マイク間隔ａと、約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られ始める高域側周波数との間には、一定の関係が成立することがわかった。図５Ｂにおいて、約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られ始める高域側周波数は、５００Ｈｚ〜６００Ｈｚ付近である。このときの騒音低減効果が得られ始める高域側周波数を例えばｆ＝５７０Ｈｚとすると、音の波長はλ≒０．６ｍ＝３×ａとなり、ａはλ／３（＝ｃ／３ｆ）に相当することになる。つまり、マイク間隔ａは、約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られ始める高域側周波数における音の波長の１／３の長さに相当することになる。この関係により、例えば、約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が１０００Ｈｚまで得られるようにする場合、マイク間隔はａ＝λ／３＝ｃ／３ｆ≒０．１１ｍとすればよい。
【００４１】
ここで、上記第２および第３の関係に関し、図６Ａおよび図６Ｂに示す測定結果を用いて検証する。図６Ａは、音場１でマイク間隔ａを３０ｃｍにしたときの騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図であり、図６Ｂは、音場２でマイク間隔ａを３０ｃｍにしたときの騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図である。また、図６Ａの測定条件は図５Ａと同様であり、図６Ｂの測定条件は図５Ｂと同様である。
【００４２】
図６Ｂにおいて、騒音低減効果が得られ始める高域側周波数は、５００Ｈｚ〜６００Ｈｚ付近である。このときの騒音低減効果が得られ始める高域側周波数を例えばｆ＝５７０Ｈｚとすると、音の波長はλ≒０．６ｍ＝２×ａとなり、ａはλ／２（＝ｃ／２ｆ）に相当することになる。また図６Ｂにおいて、約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られ始める高域側周波数は、３５０Ｈｚ付近である。このときの高域側周波数を例えばｆ＝３８０Ｈｚとすると、音の波長はλ≒０．９ｍ＝３×ａとなり、ａはλ／３（＝ｃ／３ｆ）に相当することになる。図６Ａおよび図６Ｂに示す測定結果により、上記第２および第３の関係が確かなものであるといえる。
【００４３】
上記第２および第３をまとめると、固定のフィルタ係数を用いる場合、騒音マイク１０１〜１２０の各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部にエラーマイク１５０が配置されている状況において、マイク間隔ａが下式（３）または（４）を満足していれば、不特定多数の騒音を、所望の高域側周波数ｆで低減させることができることになる。
ａ  ≦  ｃ／２ｆ      ・・・（３）
ａ  ≦  ｃ／３ｆ      ・・・（４）
【００４４】
以下、図７〜図１９を用いて、本発明に係る実施形態について説明する。
【００４５】
（第１の実施形態）
図７および図８を用いて、本発明の第１の実施形態に係る騒音制御装置の構成について説明する。図７は、第１の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図である。図８は、配置パターンＰ１で配置された騒音マイクの様子を示す図である。なお、図８において、騒音マイクが形成する略円柱形状の閉空間外部には、不特定多数の騒音Ｎが存在しているとする。
【００４６】
図７において、騒音制御装置は、騒音マイク１０−１〜１０−ｎ、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎ、加算器３０、制御スピーカ４０、およびエラーマイク５０により構成される。なお、ｎは、１以上の整数である。また、図８では、ｎ＝２０としている。
【００４７】
騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、複数の騒音を検出するための騒音検出器であり、自身に到来する複数の騒音をそれぞれ検出して騒音信号として出力する。騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの各騒音信号は、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎにそれぞれ出力される。ここで、図８を用いて、騒音マイク１０−１〜１０−ｎの配置について説明する。図８において、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、図１に示した配置パターンＰ１で配置されている。つまり、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、制御点であるエラーマイク５０を中心とする略円柱形状である多面体形状の閉空間を形成するように、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０の周囲に配置されている。換言すれば、騒音マイク１０−１〜１０−ｎの各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０が配置されている。また図８の例では、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、隣接するマイク間隔をａ（一定）とするように配置されている。ここで、エラーマイク５０が略円柱形状の閉空間内部に配置されるのは、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音（つまり、あらゆる方向からの騒音）を騒音マイク１０−１〜１０−ｎに検出させる必要があるからである。制御スピーカ４０が略円柱形状の閉空間内部に配置されるのは、後述する式（６）を満足するため、つまり、後述する式（５）におけるｔをできるだけ短くしてτｎを稼ぎ、因果律を満足させる必要があるからである。このような理由により、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０は、騒音マイク１０−１〜１０−ｎによって形成される略円柱形状の閉空間内部に配置されている。
【００４８】
適応フィルタ２０−１〜２０−ｎは、自身に設定されたフィルタ係数を更新しながら、騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音と逆位相・同音圧となる信号をそれぞれ生成する。適応フィルタ２０−１〜２０−ｎで生成された各信号は、加算器３０で合成される。加算器３０で合成された各信号は、制御スピーカ４０から制御音としてエラーマイク５０に向けて放射される。エラーマイク５０では、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音と制御スピーカ４０からの制御音とが干渉し、その差分がエラー信号として検出される。エラー信号は、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎにそれぞれ入力される。適応フィルタ２０−１〜２０−ｎは、このエラー信号を最小とするように自らのフィルタ係数を更新する。その具体的な更新手法として、例えばＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ＿ＬＭＳ法などがある。ここで、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎの動作は、図２０で示した適応フィルタ１０２１〜１０２４と同様である。例えば、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎには、制御スピーカ４０からエラーマイク５０までの伝達関数が予め設定されている。適応フィルタ２０−１〜２０−ｎは、制御スピーカ４０からエラーマイク５０までの伝達関数を用いて、エラー信号を最小とするように自らのフィルタ係数を更新する。このとき例えば、適応フィルタ２０−１において収束したフィルタ係数は、不特定多数の騒音源（騒音マイク１０−ｎ）からエラーマイク５０までの伝達関数を制御スピーカ４０からエラーマイク５０までの伝達関数で除算して負にしたものとなる。本実施形態では、不特定多数の騒音源の位置を騒音マイク１０−ｎの位置としている。このようにエラー信号を最小とするように各フィルタ係数を更新することで、最終的には、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音と逆位相・同音圧となる制御音が制御スピーカ４０から放射される。その結果、制御点であるエラーマイク５０において、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音が、図５Ａに示したように、低減される。ここで、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎ、加算器３０、およびエラーマイク５０は、フィルタ係数を用いて騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音を低減させるための制御音を制御スピーカ４０に放射させており、それらをまとめてフィルタ部と称す。図７では、フィルタ部に参照符号を１を付している。図７のフィルタ部１のフィルタ係数は、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎそれぞれのフィルタ係数であり、制御音がエラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音を低減させるように設定された係数である。
【００４９】
なお、図７に示した騒音制御装置は因果律を満足している必要がある。因果律を満足するには、騒音マイクでの検出→適応フィルタでの信号処理→制御スピーカからの制御音の放射→エラーマイクでの検出からなるシステム全体に要する時間が、騒音が騒音マイクからエラーマイクに到来する時間に対して十分に余裕を持っている必要がある。ここで騒音源は不特定多数であるため、騒音源が騒音マイクの位置にあるものとして計算する。つまり、上式（１）のτｎにおいて、騒音源から発生した騒音が騒音マイク１０−１〜１０−ｎでそれぞれ検出されるまでの時間を０（ゼロ）として計算する。このような条件下、因果律を満足させるには、下式（５）を満足すればよい。
τｎ  ≦  Ｔｎ−ｔ      ・・・（５）
但し、ｎは１以上の整数とする。Ｔｎは、不特定多数の騒音が騒音マイク１０−ｎからエラーマイク５０に到来するのに要する時間とする。τｎは、不特定多数の騒音が騒音マイク１０−ｎで検出されてから、適応フィルタ２０−ｎで信号処理され、制御音として制御スピーカ４０より放射されるまでに要する時間とする。ｔは、制御スピーカ４０から放射された制御音がエラーマイク５０に到来するのに要する時間とする。さらに、騒音マイク１０−ｎおよびエラーマイク５０の間隔をｒｎ、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０の間隔をｄ、音速をｃとし、上式（５）の両辺を音速ｃで除算して距離の式に表現し直すと、下式（６）となる。
ｒｎ−ｄ  ≧  τｎ・ｃ      ・・・（６）
騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、上式（６）を満足する必要がある。図８では、騒音マイク１０−１とエラーマイク５０の距離はａとなり、騒音マイク１０−６とエラーマイク５０の距離は√２・ａとなる。したがって、騒音マイク１０−１〜１０−ｎとエラーマイク５０の距離ｒｎが取り得る値は、ａ≦ｒｎ≦√２・ａとなっている。
【００５０】
次に、固定のフィルタ係数を用いた場合について説明する。図５Ｂを用いて説明したように、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎにおいて収束したフィルタ係数で固定にしても、不特定多数の騒音を低減させることができる。但し、この場合、所望の騒音低減効果を得るには、図８のマイク間隔ａが以下の条件を満足する必要がある。騒音低減効果を得る周波数帯域を制御対象の周波数帯域（以下、制御帯域と称す）とし、制御帯域内における最も高域側の周波数を上限周波数とする。例えば、騒音の周波数帯域が１０Ｈｚ〜１００００Ｈｚである場合において騒音低減効果を得る周波数帯域を１００Ｈｚ〜５００Ｈｚとしたとき、１００Ｈｚ〜５００Ｈｚが制御帯域となり、５００Ｈｚが上限周波数となる。上限周波数ｆにおいて騒音低減効果が得られ始めるようにする場合、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、下式（７）を満足するマイク間隔ａで配置されればよい。
ａ  ≦  ｃ／２ｆ      ・・・（７）
また、上限周波数ｆにおいて約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られ始めるようにする場合には、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、下式（８）を満足するマイク間隔ａで配置されればよい。
ａ  ≦  ｃ／３ｆ      ・・・（８）
【００５１】
また、固定のフィルタ係数を用いた場合の騒音制御装置の回路構成は図９に示す構成になる。図９は、固定のフィルタ係数を用いた場合の騒音制御装置の回路構成を示す図である。図９において、固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａには、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎにおいて収束したフィルタ係数が固定のフィルタ係数として設定されている。また図９において、フィルタ係数が固定の場合にはエラー信号が不要となるので、エラーマイク５０が省略されている。但し、この場合の制御点は、エラーマイク５０が存在していた位置となる。また図９において、固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａ、加算器３０は、フィルタ係数を用いて騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させるための制御音を制御スピーカ４０に放射させており、それらをまとめてフィルタ部と称す。図９では、フィルタ部に参照符号１ａを付している。図９のフィルタ部１ａのフィルタ係数は、固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａそれぞれのフィルタ係数であり、制御音が制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させるように設定された係数である。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、複数の騒音マイクの配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に、制御スピーカおよびエラーマイクを配置している。これにより、適応フィルタを用いる場合において、因果律を満たしつつ、制御点であるエラーマイクの周囲に不特定多数の騒音源が存在する場合であっても当該不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、固定のフィルタ係数を用いる場合、式（７）または式（８）を満足するようにマイク間隔を設定している。これにより、固定のフィルタ係数を用いる場合において、所望の周波数帯域において所望の騒音低減効果を得ることができる。さらに、適応フィルタを用いる場合と比べ、低演算量・低コストを実現することができる。
【００５４】
なお、図９では、固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａのフィルタ係数として、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎにおいて収束したフィルタ係数を用いるとした。ここで、収束したフィルタ係数は、不特定多数の騒音源がどのような状態にあるかによって変動する。この変動をより少なくするためには、図７に示した騒音制御装置を、できる限り多数の騒音が十分に拡散した音場に設置し、適応動作させるとよい。このような音場は、残響室（またはカーペットやカーテンなどでデッドニングされていない音響的にライブな部屋）などに騒音源（例えば騒音スピーカ）をできる限り多数設置し、十分に広帯域な周波数成分を有する信号を無相関化したものを騒音源の信号として用いることで実現される。そして、このような音場では、広帯域な不特定多数の騒音が得られる。したがって、このような音場において、図７に示した騒音制御装置を適応動作させると、収束するフィルタ係数は、不特定多数の騒音に対する一般解（つまり、どんな騒音にも対応可能な係数）となる。この一般解を固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａのフィルタ係数にすれば、より広帯域にわたって不特定多数の騒音を低減させることができる。つまり、固定のフィルタ係数を用いる場合に、不特定多数の騒音がどのような状況であっても、制御帯域内における騒音低減効果を得ることができる。このように、残響室など実験室内で一旦、一般解を求めてしまえば、自動車や航空機などの乗り物であろうが住宅空間であろうが工場あるいはオフィス空間であろうが、適応フィルタを用いてフィルタ係数を更新させなくても、不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００５５】
ところで、一般解を求める際に騒音スピーカに入力する信号としては、例えば、ホワイトノイズやピンクノイズなどの広帯域ランダム信号であって、互いに無相関化された信号などが挙げられる。また例えば、自動車や航空機など、騒音制御装置の用途場所が明確な場合には、用途場所の騒音を録音した信号であって、互いに無相関化された信号であってもよい。用途場所に応じた騒音を使用した場合、実験室内の騒音と実際の騒音の周波数特性が互いに近似する。これにより、自動車内や航空機内で実際に制御する音場を実験室内で忠実に模擬することができるので、限定された用途場所においてはより良好な騒音低減効果を得られる可能性が高いといえる。つまり、用途場所の音場を忠実に模擬した実験室内において図７に示した騒音制御装置を適応動作させれば、収束するフィルタ係数は、その用途場所においてより良好な騒音低減効果が得られる係数となる。
【００５６】
また、本実施形態では、制御スピーカ４０から騒音マイク１０−１〜１０−ｎへの音響フィードバック（エコー）は存在しない前提で説明してきた。しかしながら、マイク間隔ａが小さければ、騒音マイク１０−１〜１０−ｎと制御スピーカ４０の距離も近くなり、制御スピーカ４０からのエコーが無視できなくなることも予想される。このような場合には、図７に示した騒音制御装置に対し、図１０に示すように、エコーキャンセル（ＥＣ）フィルタ６０−１〜６０−ｎと、減算器７０−１〜７０−ｎを追加すればよい。図１０は、図７に示した騒音制御装置に対してエコーをキャンセルするための回路を追加した場合の回路構成を示す図である。エコーキャンセルフィルタ６０−１には、制御スピーカ４０から騒音マイク１０−１までの伝達関数がフィルタ係数として設定されている。同様に、エコーキャンセルフィルタ６０−ｎには、制御スピーカ４０から騒音マイク１０−ｎまでの伝達関数がフィルタ係数として設定されている。エコーキャンセルフィルタ６０−１〜６０−ｎは、各々に設定されたフィルタ係数に基づいて、制御スピーカ４０への入力信号を処理し、処理した入力信号を、対応する減算器７０−１〜７０−ｎへ出力する。減算器７０−１は、騒音マイク１０−１の騒音信号からエコーキャンセルフィルタ６０−１の出力信号を差引く。同様に、減算器７０−ｎは、騒音マイク１０−ｎの騒音信号からエコーキャンセルフィルタ６０−ｎの出力信号を差引く。これにより、エコーがキャンセルされることとなる。なお、図１０において、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎ、加算器３０、エラーマイク５０、エコーキャンセルフィルタ６０−１〜６０−ｎ、および減算器７０−１〜７０−ｎは、フィルタ係数を用いて騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、エラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音を低減させるための制御音を制御スピーカ４０に放射させており、それらをまとめてフィルタ部と称す。図１０では、フィルタ部に参照符号を１ｂを付している。図１０のフィルタ部１ｂのフィルタ係数は、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎそれぞれのフィルタ係数であり、制御音がエラーマイク５０に到来する不特定多数の騒音を低減させるように設定された係数である。
【００５７】
また、固定のフィルタ係数を用いた図９に示した騒音制御装置においてエコーをキャンセルする場合、図９に示した騒音制御装置に対し、図１１に示すように、エコーキャンセル（ＥＣ）フィルタ６０−１〜６０−ｎと、減算器７０−１〜７０−ｎを追加すればよい。図１１は、図９に示した騒音制御装置に対してエコーをキャンセルするための回路を追加した場合の回路構成を示す図である。図１１に示すエコーキャンセルフィルタ６０−１〜６０−ｎ、減算器７０−１〜７０−ｎは図１０と同様であるので説明を省略する。なお、図１１において、固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａ、加算器３０、エコーキャンセルフィルタ６０−１〜６０−ｎ、および減算器７０−１〜７０−ｎは、フィルタ係数を用いて騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させるための制御音を制御スピーカ４０に放射させており、それらをまとめてフィルタ部と称す。図１１では、フィルタ部に参照符号１ｃを付している。図１１のフィルタ部１ｃのフィルタ係数は、固定フィルタ２０−１ａ〜２０−ｎａそれぞれのフィルタ係数であり、制御音が制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させるように設定された係数である。
【００５８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、騒音マイクは図１に示した配置パターンＰ１で配置されるとした。本実施形態では、配置パターンＰ１以外の、不特定多数の騒音を低減させることが可能な配置パターン例について説明する。
【００５９】
（配置パターンＰ２）
図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて、配置パターンＰ２について説明する。図１２Ａは配置パターンＰ２を上から見た図であり、図１２Ｂは配置パターンＰ２を横から見た図である。配置パターンＰ２では、騒音マイク１０−１〜１０−２０は、エラーマイク５０を中心とする略球形状である多面体形状の閉空間を形成するように、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０の周囲に配置されている。つまり、配置パターンＰ２においても、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０は、騒音マイク１０−１〜１０−２０の各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に配置されている。また図１２Ａおよび図１２Ｂの例では、騒音マイク１０−１〜１０−２０は、隣接するマイク間隔をａ以下とするように配置されている。また図１２Ａおよび図１２Ｂの例では、騒音マイク１０−１〜１０−２０とエラーマイク５０の間隔（略球形状の半径）ｒは、それぞれｒ＝ａとなっている。なお、騒音マイク１０−１８、１０−１９は、図１２Ａおよび図１２Ｂに図示されていないが、騒音マイク１０−１８は図１２Ｂの騒音マイク１０−１６の紙面後方に配置され、騒音マイク１０−１９は図１２Ｂの騒音マイク１０−１５の紙面後方に配置されている。
【００６０】
配置パターンＰ２において、因果律を満足するには、下式（９）を満足すればよい。
ｒｎ−ｄ  ≧  τｎ・ｃ      ・・・（９）
但し、ｎは１以上の整数である。上式（９）において、τｎは、不特定多数の騒音が騒音マイク１０−ｎで検出されてから、適応フィルタ２０−ｎで信号処理され、制御音として制御スピーカ４０より放射されるまでに要する時間とする。なお、図１２では、騒音マイクは、騒音マイク１０−１〜１０−２０の２０個配置されており、騒音制御装置において適応フィルタは、適応フィルタ２０−１〜２０−２０の２０個用いられることとなる。ｒｎは、騒音マイク１０−ｎおよびエラーマイク５０の間隔とする。配置パターンＰ２では、ｒｎはｒｎ＝ａで全て同じ値となる。ｄは、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０の間隔とする。ｃは、音速とする。
【００６１】
なお、固定のフィルタ係数を用いて制御帯域内の上限周波数ｆにおいて騒音低減効果が得られ始めるようにする場合、騒音マイク１０−１〜１０−２０は、下式（１０）を満足するマイク間隔ａで配置されればよい。
ａ  ≦  ｃ／２ｆ      ・・・（１０）
また、固定のフィルタ係数を用いて制御帯域内の上限周波数ｆにおいて約１０ｄＢ以上の騒音低減効果が得られ始めるようにする場合には、騒音マイク１０−１〜１０−２０は、下式（１１）を満足するマイク間隔ａで配置されればよい。
ａ  ≦  ｃ／３ｆ      ・・・（１１）
【００６２】
また、配置パターンＰ２には、マイク間隔ａよりも小さいマイク間隔ｂで配置された騒音マイクが含まれる。よって、固定のフィルタ係数を用いる場合において、実施形態１と同等以上の高い周波数まで不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００６３】
（配置パターンＰ３）
図１３Ａおよび図１３Ｂを用いて、配置パターンＰ３について説明する。図１３Ａは配置パターンＰ３を上から見た図であり、図１３Ｂは配置パターンＰ３を横から見た図である。配置パターンＰ３は、配置パターンＰ２とは異なる半径の略球形形状を有している。つまり、配置パターンＰ３では、ｒはａとは異なる値（ｒ＞ａ）となっている。また配置パターンＰ３においても、騒音マイク１０−１〜１０−４２は、隣接するマイク間隔をａ以下とするように配置されている。また配置パターンＰ３においても、制御スピーカ４０およびエラーマイク５０は、騒音マイク１０−１〜１０−４２の各配置点を頂点とする略球形状である多面体形状の閉空間の内部に配置されている。また図１３の例では、騒音マイクは、騒音マイク１０−１〜１０−４２の４２個配置されており、騒音制御装置において適応フィルタは、適応フィルタ２０−１〜２０−４２の４２個用いられることとなる。
【００６４】
配置パターンＰ３において、因果律を満足するには、上式（９）を満足すればよい。配置パターンＰ３では、上式（９）のうち、ｒｎの値がｒｎ＞ａで全て同じ値となる。したがって、配置パターンＰ３では、配置パターンＰ２と比べて、τｎを稼ぐことができる。さらに言えば、適応フィルタ２０−１〜２０−ｎを実現するプロセッサの処理能力に応じて上式（９）を満足するｒｎを設定すればよい。つまり、ｒｎを調整することで、どんなプロセッサでも因果律を満たすことができるようになり、安定な騒音制御を可能とする。また、ｒｎを大きくすると、騒音マイクの個数は増えるがτｎを稼ぐことができるため、より安定的に制御が行えるようになる。
【００６５】
なお、マイク間隔ａと半径ｒ（ｒｎ）は、互いに独立したパラメータである。つまり、マイク間隔ａは制御帯域内の上限周波数ｆに関係するパラメータであり、半径ｒはシステム全体の処理時間τに関係するパラメータである。したがって、因果律さえ満たせるのであれば、半径ｒは、マイク間隔ａより小さくてもよい。
【００６６】
なお、固定のフィルタ係数を用いる場合、マイク間隔ａは、上式（１０）または（１１）を満足するマイク間隔ａで配置されればよい。また、配置パターンＰ３には、マイク間隔ａよりも小さいマイク間隔ｂ〜ｅで配置された騒音マイクが含まれる。よって、固定のフィルタ係数を用いる場合において、配置パターンＰ２と同等以上の高い周波数まで不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、配置パターンＰ１〜Ｐ３を説明したが、配置パターンはこれらに限定されない。適応フィルタを用いる場合において、配置パターンは、制御スピーカおよびエラーマイクを、複数の騒音マイクの配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に配置するようなパターンであればよい。そしてこの場合において、マイク間隔ａはいずれの値であってもよいし、一定でなくてもよい。なお、多面体形状の閉空間を形成するには、騒音マイクは少なくとも４個必要であり、例えば騒音マイクを４個用いた場合、多面体形状は４面体（三角錘）となる。固定のフィルタ係数を用いる場合には、配置パターンは、複数の騒音マイクの配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に制御スピーカおよびエラーマイクを配置するようなパターン、かつ、マイク間隔ａが上式（１０）または（１１）を満たすパターンであればよい。
【００６８】
（第３の実施形態）
図１４および図１５を用いて、本発明の第３の実施形態に係る騒音制御装置の構成について説明する。図１４は、第３の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図である。図１５Ａは配置パターンＰ２を上から見た図であり、図１５Ｂは配置パターンＰ２を横から見た図である。
【００６９】
図１４において、騒音制御装置は、騒音マイク１０−１〜１０−ｎ、適応フィルタ２０−１１〜２０−ｎ１、適応フィルタ２０−１２〜２０−ｎ２、加算器３０−１および３０−２、制御スピーカ４０−１および４０−２、エラーマイク５０−１および５０−２により構成される。なお、ｎは、１以上の整数である。また、図１５Ａおよび図１５Ｂでは、ｎ＝２０としている。
【００７０】
本実施形態に係る騒音制御装置は、図７に示した回路構成に対し、適応フィルタを騒音マイク毎に２つずつ備える点と、加算器、制御スピーカ、エラーマイクをそれぞれ２つ備える点で異なる。図１５Ａおよび図１５Ｂでは、騒音マイク１０−１〜１０−２０は、受聴者Ａを中心とする略球形状を形成するように、制御スピーカ４０−１および４０−２とエラーマイク５０−１および５０−２の周囲に配置されている。つまり、制御スピーカ４０−１および４０−２とエラーマイク５０−１および５０−２は、騒音マイク１０−１〜１０−２０の各配置点を頂点とする多面体形状の閉空間の内部に配置されている。また図１５Ａおよび図１５Ｂの例では、騒音マイク１０−１〜１０−２０は、隣接するマイク間隔をａ（一定）とするように配置されている。また図１５Ａおよび図１５Ｂの例では、騒音マイク１０−１〜１０−２０と受聴者Ａの間隔（略球形状の半径）ｒは、それぞれｒ＝ａとなっている。
【００７１】
図１４に示す回路原理は、図２１で説明したマルチｃｈ適応フィルタ１０２０と基本的には同様である。騒音マイク１０−１で検出された騒音は、適応フィルタ２０−１１および２０−１２に入力される。適応フィルタ２０−１１には、制御スピーカ４０−１からエラーマイク５０−１までの伝達関数と制御スピーカ４０−１からエラーマイク５０−２までの伝達関数とがそれぞれ設定されている。適応フィルタ２０−１１は、設定された各伝達関数を用いて、エラーマイク５０−１および５０−２からの各エラー信号を総合的に最小とするように、自らのフィルタ係数を更新する。また適応フィルタ２０−１２には、制御スピーカ４０−２からエラーマイク５０−１までの伝達関数と制御スピーカ４０−２からエラーマイク５０−２までの伝達関数とがそれぞれ設定されている。適応フィルタ２０−１２は、設定された各伝達関数を用いて、エラーマイク５０−１および５０−２からの各エラー信号を総合的に最小とするように、自らのフィルタ係数を更新する。同様に、騒音マイク１０−ｎで検出された騒音信号は、適応フィルタ２０−ｎ１および２０−ｎ２に入力される。適応フィルタ２０−ｎ１には、制御スピーカ４０−１からエラーマイク５０−１までの伝達関数と制御スピーカ４０−１からエラーマイク５０−２までの伝達関数とがそれぞれ設定されている。適応フィルタ２０−ｎ１は、設定された各伝達関数を用いて、エラーマイク５０−１および５０−２からの各エラー信号を総合的に最小とするように、自らのフィルタ係数を更新する。また適応フィルタ２０−ｎ２には、制御スピーカ４０−２からエラーマイク５０−１までの伝達関数と制御スピーカ４０−２からエラーマイク５０−２までの伝達関数とがそれぞれ設定されている。適応フィルタ２０−ｎ２は、設定された各伝達関数を用いて、エラーマイク５０−１および５０−２からの各エラー信号を総合的に最小とするように、自らのフィルタ係数を更新する。適応フィルタ２０−ｎ１で信号処理された信号は、加算器３０−１で加算され、制御スピーカ４０−１から制御音として放射される。同様に、適応フィルタ２０−ｎ２で信号処理された信号は、加算器３０−２で加算され、制御スピーカ４０−２から制御音として放射される。その結果、不特定多数の騒音は、受聴者Ａの耳元であるエラーマイク５０−１および５０−２において低減される。各適応フィルタのフィルタ係数を更新する具体的な手法として、ＭＥＦＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ）＿ＬＭＳ法などがある。ここで、適応フィルタ２０−１１〜２０−ｎ１、適応フィルタ２０−１２〜２０−ｎ２、加算器３０−１および３０−２、エラーマイク５０−１および５０−２は、フィルタ係数を用いて騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、エラーマイク５０−１および５０−２に到来する不特定多数の騒音を低減させるための制御音を制御スピーカ４０−１および４０−２にそれぞれ放射させており、それらをまとめてフィルタ部と称す。図１４では、フィルタ部に参照符号を１ｄを付している。図１４のフィルタ部１ｄのフィルタ係数は、適応フィルタ２０−１１〜２０−ｎ１、適応フィルタ２０−１２〜２０−ｎ２それぞれ��フィルタ係数であり、制御音がエラーマイク５０−１および５０−２に到来する不特定多数の騒音を低減させるように設定された係数である。
【００７２】
以上のように、制御点を２つにすることで、騒音マイク１０−１〜１０−ｎで囲まれた閉空間内において、その外部から到来する不特定多数の騒音を低減することが可能な制御エリアを拡大することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、制御点を２つとしたが、制御点は３つ以上であってもよい。制御点の数に合わせて、制御スピーカ、エラーマイク、適応フィルタを追加すればよい。また、本実施形態では、適応フィルタを用いてフィルタ係数を更新する構成について説明したが、固定のフィルタ係数を用いて制御を行ってもよい。この場合、マイク間隔ａを例えば上式（１０）または（１１）を満足するように設定することで、図５Ｂに示したように、不特定多数の騒音を低減させることができる。
【００７４】
また、制御スピーカ４０−１および４０−２からのエコーが無視できなくなる場合、図１４に示した騒音制御装置に対し、図１６に示すように、エコーキャンセル（ＥＣ）フィルタ６０−１１〜６０−ｎ１および６０−２１〜６０−ｎ２、加算器１３０−１〜１３０−ｎ、減算器１４０−１〜１４０−ｎを追加すればよい。図１６は、図１４に示した騒音制御装置に対してエコーをキャンセルするための回路を追加した場合の回路構成を示す図である。エコーキャンセルフィルタ６０−１１には、制御スピーカ４０−１から騒音マイク１０−１までの伝達関数がフィルタ係数として設定されている。エコーキャンセルフィルタ６０−１２には、制御スピーカ４０−２から騒音マイク１０−１までの伝達関数がフィルタ係数として設定されている。エコーキャンセルフィルタ６０−１１は、設定されたフィルタ係数に基づいて、制御スピーカ４０−１への入力信号を処理し、処理した入力信号を加算器１３０−１へ出力する。エコーキャンセルフィルタ６０−１２は、設定されたフィルタ係数に基づいて、制御スピーカ４０−２への入力信号を処理し、処理した入力信号を加算器１３０−１へ出力する。加算器１３０−１は、エコーキャンセルフィルタ６０−１１の出力信号と、エコーキャンセルフィルタ６０−１２の出力信号とを加算し、減算器１４０−１へ出力する。減算器１４０−１は、騒音マイク１０−１の騒音信号から加算器１３０−１の出力信号を差し引き、適応フィルタ２０−１１および２０−１２へ出力する。同様に、エコーキャンセルフィルタ６０−ｎ１には、制御スピーカ４０−１から騒音マイク１０−ｎまでの伝達関数がフィルタ係数として設定されている。エコーキャンセルフィルタ６０−ｎ２には、制御スピーカ４０−２から騒音マイク１０−ｎまでの伝達関数がフィルタ係数として設定されている。エコーキャンセルフィルタ６０−ｎ１は、設定されたフィルタ係数に基づいて、制御スピーカ４０−１への入力信号を処理し、処理した入力信号を加算器１３０−ｎへ出力する。エコーキャンセルフィルタ６０−ｎ２は、設定されたフィルタ係数に基づいて、制御スピーカ４０−２への入力信号を処理し、処理した入力信号を加算器１３０−ｎへ出力する。加算器１３０−ｎは、エコーキャンセルフィルタ６０−ｎ１の出力信号と、エコーキャンセルフィルタ６０−ｎ２の出力信号とを加算し、減算器１４０−ｎへ出力する。減算器１４０−ｎは、騒音マイク１０−ｎの騒音信号から加算器１３０−ｎの出力信号を差し引き、適応フィルタ２０−ｎ１および２０−ｎ２へ出力する。以上の処理により、エコーがキャンセルされることとなる。なお、図１６において、適応フィルタ２０−１１〜２０−ｎ１および２０−１２〜２０−ｎ２、加算器３０−１および３０−２、エラーマイク５０−１および５０−２、エコーキャンセルフィルタ６０−１１〜６０−ｎ１および６０−１２〜６０−ｎ２、加算器１３０−１〜１３０−ｎ、減算器１４０−１〜１４０−ｎは、フィルタ係数を用いて騒音マイク１０−１〜１０−ｎからの騒音信号をそれぞれ信号処理し、エラーマイク５０−１および５０−２に到来する不特定多数の騒音を低減させるための制御音を制御スピーカ４０−１および４０−２に放射させており、それらをまとめてフィルタ部と称す。図１６では、フィルタ部に参照符号を１ｅを付している。図１６のフィルタ部１ｅのフィルタ係数は、適応フィルタ２０−１１〜２０−ｎ１および２０−１２〜２０−ｎ２それぞれのフィルタ係数であり、制御音がエラーマイク５０−１および５０−２に到来する不特定多数の騒音を低減させるように設定された係数である。
【００７５】
（第４の実施形態）
本実施形態では、第１〜３の実施形態で説明した騒音制御装置を飛行機等の座席に用いる場合について考える。図１７は、本発明の騒音制御装置を例えば航空機内の座席に適用した場合を示す図である。航空機内の座席で使用される場合、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、座席に座っている受聴者、あるいは当該受聴者の頭部近傍を３次元的な閉空間において取り囲むように配置されればよい。図１７では、制御スピーカ４０は、受聴者の頭部近傍に設置される。また図１７では、適応フィルタを用いてフィルタ係数を更新させ続ける場合の騒音制御装置を用いており、エラーマイク５０は、受聴者の頭部近傍に設置される。
【００７６】
ここで、図１７に示すように、騒音マイク１０−１〜１０−ｎを設置した場合、騒音マイク１０−１〜１０−ｎは、受聴者が着座するときまたは席を離れるときに邪魔になってしまう。そこで、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように騒音マイクを配置することによって、受聴者の邪魔にならないようにする。図１８Ａおよび図１８Ｂは、騒音制御装置を座席に用いた場合の騒音マイクおよび制御スピーカの配置例を示す図である。図１８Ａは、座席に取り付けられたアームが収縮しているときの様子を示し、図１８Ｂは、アームが伸長しているときの様子を示している。図１８Ａおよび図１８Ｂにおいて、騒音制御装置は、騒音マイク１０−１１〜１０−８３、適応フィルタ２０−１１１〜２０−８３１、適応フィルタ２０−１１２〜２０−８３２、加算器３０−１および３０−２、制御スピーカ４０−１および４０−２、エラーマイク５０−１および５０−２、アーム８０−１〜８０−８、圧力センサ９０−１および９０−２、アーム移動手段９１により構成される。適応フィルタ２０−１１１〜２０−８３１、適応フィルタ２０−１１２〜２０−８３２、加算器３０−１および３０−２、アーム移動手段９１は、例えば座席２内部の制御ボックス９２内に配置されている。
【００７７】
アーム８０−１〜８０−８は、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように座席２に取付けられている。アーム８０−１〜８０−８は、例えば、座席２に対して上述したマイク間隔ａと同じ間隔で取り付けられている。また、アーム８０−１〜８０−８は、伸長時において、受聴者を３次元空間において取り囲むように座席２に対して取り付けられている。また、アーム８０−１〜８０−８は、アーム移動手段９１によって、図１８Ａのように座席２に座る受聴者を取り囲まない位置から、図１８Ｂのように座席２に座る受聴者を取り囲む位置へ、またはその逆へ移動する。
【００７８】
騒音マイク１０−１１〜１０−１３はアーム８０−１に、騒音マイク１０−２１〜１０−２３はアーム８０−２に、騒音マイク１０−３１〜１０−３３はアーム８０−３に、騒音マイク１０−４１〜１０−４３はアーム８０−４に、騒音マイク１０−５１〜１０−５３はアーム８０−５に、騒音マイク１０−６１〜１０−６３はアーム８０−６に、騒音マイク１０−７１〜１０−７３はアーム８０−７に、騒音マイク１０−８１〜１０−８３はアーム８０−８に、マイク間隔がａとなるように取り付けられている。例えばアーム８０−１では、騒音マイク１０−１１と騒音マイク１０−１２の間隔がａとなり、騒音マイク１０−１２と騒音マイク１０−１３の間隔がａとなっている。ここで、アーム８０−１〜８０−８は、座席２に対してマイク間隔ａと同じ間隔で取り付けられているとした。したがって、例えば、騒音マイク１０−１１と騒音マイク１０−８１の間隔がａとなる。また例えば、騒音マイク１０−２１と騒音マイク１０−７１の間隔、騒音マイク１０−２１と騒音マイク１０−１１の間隔、騒音マイク１０−８１と騒音マイク１０−７１の間隔、騒音マイク１０−２１と騒音マイク１０−３１の間隔、騒音マイク１０−３１と騒音マイク１０−４１の間隔、騒音マイク１０−４１と騒音マイク１０−５１の間隔、騒音マイク１０−５１と騒音マイク１０−６１の間隔、騒音マイク１０−６１と騒音マイク１０−７１の間隔、騒音マイク１０−６１と騒音マイク１０−３１の間隔は、全てａとなっている。
【００７９】
アーム８０−１〜８０−８は、パイプ構造となっている。パイプ構造となったアーム８０−１内には、騒音マイク１０−１１〜１０−１３それぞれに対応する３本の電気コードが配置されている。アーム８０−１内の対応する電気コードによって、騒音マイク１０−１１の騒音信号は適応フィルタ２０−１１１、２０−１１２と接続され、騒音マイク１０−１２の騒音信号は適応フィルタ２０−１２１、２０−１２２と接続され、騒音マイク１０−１３の騒音信号は適応フィルタ２０−１３１、２０−１３２と接続される。同様に、アーム８０−ｎ内の対応する電気コードによって、騒音マイク１０−ｎ１の騒音信号は適応フィルタ２０−ｎ１１、２０−ｎ１２と接続され、騒音マイク１０−ｎ２の騒音信号は適応フィルタ２０−ｎ２１、２０−ｎ２２と接続され、騒音マイク１０−ｎ３の騒音信号は適応フィルタ２０−ｎ３１、２０−ｎ３２と接続される。適応フィルタ２０−ｎ１１、２０−ｎ２１、２０−ｎ３１で信号処理された信号は、加算器３０−１で加算され、制御スピーカ４０−１から制御音として放射される。同様に、適応フィルタ２０−ｎ１２、２０−ｎ２２、２０−ｎ３２で信号処理された信号は、加算器３０−２で加算され、制御スピーカ４０−２から制御音として放射される。なお、電気コードを用いずに、騒音マイク１０−１１〜１０−８３および適応フィルタ２０−１１１〜２０−８３１、２０−１１２〜２０−８３２に無線機能をもたせ、無線で騒音信号をやりとりしてもよい。
【００８０】
制御スピーカ４０−１および４０−２、エラーマイク５０−１および５０−２は、受聴者が着座したときに受聴者の耳元近傍に配置されるように座席２に取り付けられる。また、座席２には、圧力センサ９０−１および９０−２が取り付けられている。圧力センサ９０−１は、座席２の座部に取り付けられる。圧力センサ９０−２は、座席２の背もたれに取り付けられる。圧力センサ９０−１および９０−２は、圧力を検出するセンサであり、アーム移動手段９１と電気的に接続されている。図１８Ａの状態において、圧力センサ９０−１および９０−２で検出された圧力が所定値以上である場合、アーム移動手段９１は、受聴者が座席２に座っていると判断して、アーム８０−１〜８０−８を図１８Ｂの状態となるように移動させる。一方、図１８Ｂの状態において、圧力センサ９０−１および９０−２で検出された圧力が所定値よりも小さい場合、アーム移動手段９１は、受聴者が座席２に座っていないと判断して、アーム８０−１〜８０−８を図１８Ａの状態となるように移動させる。座席２に受聴者が座っているか否かでアーム８０−１〜８０−８が図１８Ａおよび図１８Ｂのように移動することで、騒音制御装置を座席２に用いる場合に、受聴者に邪魔にならないようにすることができる。
【００８１】
以上のように、図１８Ａおよび図１８Ｂに示す騒音制御装置によれば、受聴者は、騒音マイクで取り囲まれた制御空間内外を、煩わしさを伴わずに出入りすることができる。航空機や列車、自動車、家庭、オフィス、工場内で、受聴者が座っている座席が制御空間となる場合に特に有効である。制御空間となる座席では周囲の騒音が低減されるので、受聴者は、快適に居眠りするなどのリフレッシュや、騒音に邪魔されないＡＶ視聴、デスクワークなどが可能となる。
【００８２】
なお、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、圧力センサ９０−１および９０−２に代えて、シートベルトの着用しているか否かを判断する判断手段９３を設けてもよい。図１９Ａおよび図１９Ｂは、判断手段を用いた騒音制御装置を座席に用いた場合の騒音マイクおよび制御スピーカの配置例を示す図である。図１９Ａは、座席に取り付けられたアームが収縮しているときの様子を示し、図１９Ｂは、アームが伸長しているときの様子を示している。図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、判断手段９３は、制御ボックス９２内に設置されている。
【００８３】
受聴者は、座席２から立ち上がろうとする際、シートベルトを外し、座席２に座る際、シートベルトを着用することが多い。したがって、シートベルトの着用しているか否かを判断する判断手段９３を設けることで、圧力センサ９０−１および９０−２と同様、受聴者が座席２に座っているか否かを判断することができる。この場合、具体的には、図１９Ａの状態において、判断手段９３がシートベルトが着用されていると判断した場合、アーム移動手段９１は、受聴者が座席２に座っていると判断して、アーム８０−１〜８０−８を図１９Ｂの状態となるように移動させる。一方、図１９Ｂの状態において、判断手段９３がシートベルトが着用されていないと判断した場合、アーム移動手段９１は、受聴者が座席２に座っていないと判断して、アーム８０−１〜８０−８を図１９Ａの状態となるように移動させる。
【００８４】
また、上記判断手段９３と、圧力センサ９０−１および９０−２とを組み合わせるようにしてもよい。これにより、受聴者の行動により即したアームの移動制御を行うことができる。また、圧力センサ９０−１および９０−２の代わりに、赤外線センサや超音波センサを設けてもよい。この場合、受聴者が座席２に座わったときに赤外線もしくは超音波が受聴者によって遮断されるように、赤外線センサや超音波センサを座席２に取り付ける。これにより、受聴者が座席２に座っているか否かを判断することができる。
【００８５】
また、騒音マイクは、アーム以外に、座席２の座部や背もたれなどに追加的に設置されてもよい。騒音マイクが座席２の座部や背もたれなどに設置されても、受聴者の邪魔になるわけではない。
【００８６】
なお、本実施形態では、適応フィルタを用いてフィルタ係数を更新させ続ける場合の騒音制御装置を用いるとしたが、フィルタ係数を固定にした場合の騒音制御装置を用いてもよい。この場合、マイク間隔ａを例えば上式（１０）または（１１）を満足するように設定することで、図５Ｂに示したように、不特定多数の騒音を低減させることができる。また、エラーマイク５０が不要となり、低演算量・低コストを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明にかかる騒音制御装置は、制御点に到来する不特定多数の騒音を低減させることが可能であり、自動車や航空機内の座席、住宅内の椅子やソファ、あるいは、オフィスや工場内の椅子等に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実験に用いた本発明における騒音マイクの配置パターン例を示す図
【図２】図１に示した騒音マイクとエラーマイクを用いた騒音制御装置の回路構成を示す図
【図３】騒音制御装置が実験室Ｂに設置されている様子を示す図
【図４】音場１を音場２に変えたときの様子を示す図
【図５Ａ】音場１で騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図
【図５Ｂ】音場２で騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図
【図６Ａ】音場１でマイク間隔ａを３０ｃｍにしたときの騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図
【図６Ｂ】音場２でマイク間隔ａを３０ｃｍにしたときの騒音レベルの周波数特性を測定した結果を示す図
【図７】第１の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図
【図８】配置パターンＰ１で配置された騒音マイクの様子を示す図
【図９】固定のフィルタ係数を用いた場合の騒音制御装置の回路構成を示す図
【図１０】図７に示した騒音制御装置に対してエコーをキャンセルするための回路を追加した場合の回路構成を示す図
【図１１】図９に示した騒音制御装置に対してエコーをキャンセルするための回路を追加した場合の回路構成を示す図
【図１２Ａ】配置パターンＰ２を上から見た図
【図１２Ｂ】配置パターンＰ２を横から見た図
【図１３Ａ】配置パターンＰ３を上から見た図
【図１３Ｂ】配置パターンＰ３を横から見た図
【図１４】第３の実施形態に係る騒音制御装置の回路構成を示す図
【図１５Ａ】第３の実施形態における配置パターンＰ２を上から見た図
【図１５Ｂ】第３の実施形態における配置パターンＰ２を横から見た図
【図１６】図１４に示した騒音制御装置に対してエコーをキャンセルするための回路を追加した場合の回路構成を示す図
【図１７】本発明の騒音制御装置を例えば航空機内の座席に適用した場合を示す図
【図１８Ａ】騒音制御装置を座席に用いた場合においてアームが収縮しているときの構成例を示す図
【図１８Ｂ】騒音制御装置を座席に用いた場合においてアームが伸長しているときの構成例を示す図
【図１９Ａ】判断手段を用いた場合においてアームが収縮しているときの構成例を示す図
【図１９Ｂ】判断手段を用いた場合においてアームが伸長しているときの構成例を示す図
【図２０】従来の適応フィルタを用いたＦＦ制御を実現した回路構成を示す図
【図２１】比較的反射の多い実験室Ｂ内で受聴者Ａの頭部近傍エリアを騒音制御する騒音制御装置を示す図
【図２２】図２１の実験において、騒音スピーカ１００１に入力する騒音信号と、騒音マイク１０１１で検出された騒音信号とのコヒーレンス（相関度合）を示す図
【図２３】図２１に示した実験において、エラーマイク１０５１での騒音低減効果を示す図
【図２４】図２１に示した実験において、エラーマイク１０５２での騒音低減効果を示す図
【図２５】図２１に示した状態から騒音スピーカ１００１〜１００４を受聴者Ａから離すように設置した場合を示す図
【図２６】図２５の実験において、騒音スピーカ１００１に入力する騒音信号と、騒音マイク１０１１で検出された騒音信号とのコヒーレンスを示す図
【図２７】図２５の実験において、エラーマイク１０５１での騒音低減効果を示す図
【図２８】図２５の実験において、エラーマイク１０５２での騒音低減効果を示す図
【図２９】図２５の実験において、エラーマイク１０５３での騒音低減効果を示す図
【図３０】図２５の実験において、エラーマイク１０５４での騒音低減効果を示す図
【符号の説明】
【００８９】
１、１ａ〜ｄ    フィルタ部
２    座席
１０１〜１２０、１０−１〜１０−ｎ    騒音マイク
２０１〜２２０、２０−１〜２０−ｎ、２０−１１〜２０−ｎ１、２０−１２〜２０−ｎ２    適応フィルタ
２０−１ａ〜２０−ｎａ    固定フィルタ
４０１、４０２、３０、３０−１、３０−２、１３０−１〜１３０−ｎ    加算器
４０、４０−１、４０−２    制御スピーカ
１５０、５０、５０−１、５０−２    エラーマイク
６０−１〜６０−ｎ    エコーキャンセルフィルタ
７０−１〜７０−ｎ、１４０−１〜１４０−ｎ    減算器
８０−１〜８０−８    アーム
９０−１、９０−２    圧力センサ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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