CN110383372A - 信号处理设备与方法、及程序 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及一种能够改善噪声消除性能的信号处理设备和方法、以及程序。信号处理设备，包括：噪声检测单元，用于检测在由麦克风阵列创建的控制区域中产生的噪声；和控制单元，基于所检测的在控制区域中产生的噪声控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列朝向噪声消除区域产生的外部噪声，自适应滤波器用于生成从扬声器阵列输出的声音的信号。本技术可适用于空间噪声控制设备。

Description

信号处理设备与方法、及程序
技术领域
本技术涉及一种信号处理设备、方法、以及程序，并且更具体地，涉及一种能够改善噪声消除性能的信号处理设备与方法、以及程序。
背景技术
噪声消除技术已经研究了很长时间，并且配备有噪声消除功能的耳机已经投入实际应用并且现在广为应用。
近年来，已经开展了关于使用大量的扬声器和麦克风来包围控制区域并且抑制更宽区域中的噪声的方法作为噪声消除技术的研究。其认为，该方法能够保持宽的区域(例如，汽车或飞机)安静。
通常，因为噪声的频率特性未知，所以在噪声消除时通常使用自适应滤波器。
需要通过参考麦克风或误差麦克风获取的噪声信号更新自适应滤波器的系数。通常，假设被输入至这些麦克风的噪声从控制区域的外面侵占了控制区域。然而，还构想了在控制区域内部意外地产生噪声并且通过麦克风采集噪声。
如果以这种方式通过参考麦克风或误差麦克风检测在控制区域内部产生的噪声，则自适应滤波器发散，因此，噪声消除性能下降。
由此，提出了一种使用单向性的麦克风作为参考麦克风或误差麦克风的方法(例如，参见非专利文献1)。
在该方法中，麦克风的方向性面向控制区域的外面，并且由此，可以理想地除去从控制区域的内部到达的噪声的影响。
引用列表
专利文献
非专利文献1：Christian Kleinhenrich,Detlef Krahe,“The ReflectionEquivalence Formulation for a circular ANC System”,Proceedings of INTER-NOISE2016.2016。
发明内容
发明要解决的问题
然而，利用上述技术难以获得足够的噪声消除性能。
例如，在使用单向性的麦克风的方法中，实际上难以创建具有完美单向性的麦克风，并且在某种程度上，受到从控制区域的内部传输的噪声的影响。
进一步地，利用具有单向性的麦克风难以保持频率特性平坦，并且由此，不仅低频段内的增益整体减少，而且各个麦克风之间的变化还较大，因此，难以准确地记录声场。由此，在某些情况下，噪声消除性能下降。
鉴于该情形提出了本技术，并且本技术旨在能够改善噪声消除性能。
问题的解决方案
根据本技术的一方面的信号处理设备包括：噪声检测单元，检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；和控制单元，基于控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，自适应滤波器用于生成由扬声器阵列输出的输出声音的信号。
信号处理设备还能够设置有自适应滤波器单元，自适应滤波器单元基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号和滤波器系数生成输出声音的信号。
可以使自适应滤波器单元在空间频域中执行基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号和滤波器系数的滤波过程，以生成输出声音的信号。
在噪声检测单元检测控制区域内部噪声的情况下，可以使控制单元不执行滤波器系数的更新。
可以使噪声检测单元基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号检测控制区域内部噪声。
可以使噪声检测单元基于通过使用构成麦克风阵列并且具有距控制区域的中心位置的不同距离的多个麦克风阵列中的每个麦克风阵列的声音采集获得的各个信号检测控制区域内部噪声。
可以使噪声检测单元基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号和通过在距控制区域的中心位置的距离上与麦克风阵列不同的另一麦克风阵列的声音采集获得的信号检测控制区域内部噪声。
可以使噪声检测单元基于通过使用布置在控制区域中的检测麦克风的声音采集获得的信号检测控制区域内部噪声。
可以使通过将多个麦克风阵列布置成预定的形状而获得麦克风阵列。
可以使通过将多个扬声器阵列布置成预定的形状而获得扬声器阵列。
可以将控制区域视为使用参考麦克风阵列或误差麦克风阵列作为麦克风阵列而形成的区域。
根据本技术的一方面的信号处理方法或程序包括下列步骤：检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；并且基于控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，自适应滤波器用于生成通过扬声器阵列输出的输出声音的信号。
根据本技术的一方面，检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；并且基于控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，自适应滤波器用于生成通过扬声器阵列输出的输出声音的信号。
发明效果
根据本技术的一方面，可以改善噪声消除性能。
应注意，本文中描述的效果不一定必须受限制，并且可以是本公开中描述的任意效果。
附图说明
图1是示出本技术的视图。
图2是用于描述前馈式ANC***的框图。
图3是示出空间噪声控制设备的配置实例的框图。
图4是用于描述坐标系的框图。
图5是用于描述控制区域的视图。
图6是示出噪声消除过程的流程图。
图7是示出空间噪声控制设备的配置实例的框图。
图8是用于描述控制区域的视图。
图9是示出噪声消除过程的流程图。
图10是用于描述参考麦克风阵列、扬声器阵列、以及误差麦克风阵列的其他实例的视图。
图11是用于描述参考麦克风阵列、扬声器阵列、以及误差麦克风阵列的其他实例的视图。
图12是用于描述扬声器阵列和误差麦克风阵列的其他实例的视图。
图13是用于描述扬声器阵列和误差麦克风阵列的其他实例的视图。
图14是用于描述参考麦克风阵列和误差麦克风阵列的其他实例的视图。
图15是用于描述扬声器阵列的另一实例的视图。
图16是用于描述参考麦克风阵列、扬声器阵列、以及误差麦克风阵列的其他实例的视图。
图17是用于描述参考麦克风阵列的另一实例的视图。
图18是用于描述误差麦克风阵列的另一实例的视图。
图19是示出计算机的示例性配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述应用本技术的实施方式。
<第一实施方式>
<关于本技术>
即使在控制区域内出现噪声的情况下，本技术也能防止自适应滤波器发散，并且通过检测控制区域内所产生的噪声并且根据检测结果控制自适应滤波器的更新能够实现噪声消除性能的改善。
首先，将参考图1描述应用本技术的噪声消除的概况。
在图1示出的实例中，误差麦克风11-1至11-8布置成环形形状，以包围其中存在预定用户U11的位置，并且这些误差麦克风11-1至11-8构成误差麦克风阵列12。
应注意，在不需要具体区分误差麦克风11-1至11-8的情况下，将误差麦克风11-1至11-8简称为误差麦克风11。
进一步地，扬声器13-1至13-4布置成环形形状，以包围误差麦克风阵列12，并且扬声器13-1至13-4构成扬声器阵列14。
在下文中，在不需要区分扬声器13-1至13-4的情况下，还将扬声器13-1至13-4简称为扬声器13。
而且，参考麦克风15-1至15-8布置成环形形状，以包围扬声器阵列14，并且参考麦克风15-1至15-8构成参考麦克风阵列16。
应注意，在不需要具体区分参考麦克风15-1至15-8的情况下，以下将参考麦克风15-1至15-8简称为参考麦克风15。
在本实例中，将由误差麦克风11包围的区域，换言之，误差麦克风阵列12内的区域，或由参考麦克风15包围的区域，换言之，参考麦克风阵列16内的区域，设置为经过噪声检测的控制区域。
此处，假设将在控制区域中产生并且传播至控制区域的外面(例如，由箭头A11指示的位置等)的噪声(声音)称为控制区域内部噪声，控制区域则是经过控制区域内部噪声检测的区域。例如，当用户U11说话或移动他/她的身体时，产生控制区域内部噪声。
另一方面，将在控制区域外产生并且传播至控制区域内(例如，由箭头A12指示的位置等)的噪声(声音)称为外部噪声。外部噪声是经过噪声消除的声音，并且具体地，将外部噪声从外部噪声源至误差麦克风11的传播路径称为主路径。
进一步地，在本实例中，由扬声器13包围的区域，换言之，扬声器阵列14内的区域，是经过噪声消除的区域，并且以下还将该区域称为噪声消除区域。
在噪声消除过程中，扬声器阵列14输出抵消噪声的声音，尤其是抵消外部噪声，以使得减少(消除)噪声消除区域内的噪声，由此实现噪声消除。在这种情况下，具体地消除外部噪声，并且控制区域内部噪声不会减少(消除)。
应注意，将从扬声器13输出至误差麦克风11的声音的传播路径，即，扬声器13与误差麦克风11之间的传播路径，称为次路径。
例如，使用自适应滤波器进行噪声消除。这是因为待消除的外部噪声不是提前确定的已知噪声。
在自适应滤波器的滤波器系数的更新过程中，基于通过参考麦克风阵列16采集声音而获得的参考信号和通过误差麦克风阵列12采集声音而获得的误差信号计算滤波器系数。
此处，参考信号是主要包括外部噪声分量的信号，并且误差信号是主要指示从扬声器阵列14输出的声音的分量与外部噪声分量之间的差的信号。
扬声器阵列14基于通过使用以这种方式获得的滤波器系数对参考信号进行的滤波过程而获得的信号输出声音，并且通过该声音减少外部噪声。
如上所述，在控制区域中产生由用户U11等引起的控制区域内部噪声。控制区域内部噪声是从控制区域内传播至控制区域外的噪声，并且传播方向与从扬声器13输出的声音的传播方向相反，并且由此其控制较难。换言之，例如，从扬声器阵列14输出的声音难以消除整个控制区域中的控制区域内部噪声或仅消除误差麦克风11附近的区域中的控制区域内部噪声。
如果将该控制区域内部噪声从非预期的方向混合到误差麦克风11和参考麦克风15中，则甚至存在自适应滤波器发散的可能性，使得难以获得适当的滤波器系数。
因此，在本技术中，对控制区域内部噪声进行检测，并且当检测到控制区域内部噪声时，停止更新自适应滤波器的过程，即，停止自适应过程，以改善噪声消除性能。
<关于ANC>
在下文中，将更为具体地描述本技术。
首先，将描述一般的前馈式主动噪声控制(ANC)***。
图2示出了一般的前馈式ANC***的框图。
在前馈式ANC***中，基于通过由参考麦克风获得的参考信号x(nt)乘以估计的次路径(即，次路径的估计值)而获得的信号x'(nt)及误差信号e(nt)，通过最小均方(LMS)确定自适应滤波器的滤波器系数。
然后，在自适应滤波器中，使用通过LMS获得的滤波器系数对参考信号x(nt)执行滤波过程，并且基于所获得的信号从扬声器输出噪声消除声音。从扬声器输出的声音的信号y(nt)经过次路径变成信号y'(nt)并且由误差麦克风采集。同时，参考信号x(nt)(即，外部噪声)也经过主路径变成信号d(nt)并且由误差麦克风采集。
包括由误差麦克风以这种方式采集的信号d(nt)和信号y'(nt)的信号变成新的误差信号e(nt)，并且将该误差信号e(nt)被供应至LMS。
具体地，将该ANC***称为滤波-X LMX算法。应注意，例如，在“Morgan D.R.在IEEETrans.Acoust.Speech Signal Process.,ASSP28(4),454-467,1980的，“An analysis ofmultiple correlation cancellation loops with a filter in the auxiliary path””等中详细描述了滤波-X LMX算法。
此处，假设角频率是ω，误差信号、主路径、次路径、自适应滤波器的滤波器系数、以及时频域内的参考信号分别是E(ω)、P(ω)、S(ω)、W(ω)、以及X(ω)，误差信号E(ω)由下列公式(1)表达。
[公式1]
E(ω)＝[P(ω)-S(ω)W(ω)]X(ω) ...(1)
理想上，当误差信号E(ω)＝0时，完全消除(除去)噪声，并且由此，由下列公式(2)表达自适应滤波器的理想滤波器系数Wideal(ω)。
[公式2]
然而，因为考虑到次路径S(ω)自身无延迟而难以获得自适应滤波器的滤波器系数，所以使用次路径模型S'(ω)(即，次路径的估计值)更新滤波器系数。
当考虑时域时，由下列公式(3)表达误差信号e(nt)。
[公式3]
e(nt)＝d(nt)-s(nt)*[wT(nt)x(nt)] ...(3)
应注意，在公式(3)中，nt表示时间系数，d(nt)表示误差麦克风通过主路径采集的外部噪声的信号，并且s(nt)表示次路径S(ω)的脉冲响应。进一步地，在公式(3)中，*表示线性卷积运算，w(nt)表示自适应滤波器的滤波器系数，并且x(nt)表示参考信号。
对自适应滤波器的滤波器系数w(nt)进行更新，以使得由下列公式(4)表达的误差信号e(nt)的均方误差ξ'(nt)最小化。
[公式4]
ξ'(nt)＝e2(nt) ...(4)
例如，如由下列公式(5)表达的，如果使用最速下降方法，则能够对自适应滤波器的滤波器系数进行更新。
[公式5]
应注意，在公式(5)中，w(nt)表示更新之前的滤波器系数，并且w(nt+1)表示更新之后的滤波器系数。进一步地，μ表示步长，并且▽ξ'(nt)表示公式(5)中的误差信号e(nt)的均方误差的梯度。
此处，由下列公式(6)表达均方误差的梯度▽ξ'(nt)。
[公式6]
▽ξ'(nt)＝-2x'(nt)e(nt) ...(6)
应注意，由下列公式(7)表达公式(6)中的x'(nt)。在公式(7)中，s'(nt)表示次路径模型S'(ω)的脉冲响应。
[公式7]
x'(nt)＝s'(nt)*x(nt) ...(7)
当公式(6)被替换成上面公式(5)时，获得由下列公式(8)表达的滤波器系数w(nt)的更新方程式。
[公式8]
w(nt+1)＝w(nt)+μx'(nt)e(nt) ...(8)
在前馈式ANC***中，使用公式(8)中示出的更新方程式对自适应滤波器的滤波器系数进行更新。
<空间噪声控制设备的配置例>
接着，将描述其中将本技术应用于前馈式ANC***的具体实施方式。
图3是示出应用本技术的空间噪声控制设备的实施方式的配置例的视图。
空间噪声控制设备71是使用前馈式ANC***更新自适应滤波器的滤波器系数的信号处理设备并且使用所获得的滤波器系数实现噪声消除区域中的噪声消除。
空间噪声控制设备71包括参考麦克风阵列81、时频分析单元82、空间频率分析单元83、估计的次路径加法单元84、误差麦克风阵列85、时频分析单元86、空间频率分析单元87、控制区域内部噪声检测单元88、自适应滤波器系数计算单元89、自适应滤波器单元90、空间频率合成单元91、时频合成单元92、以及扬声器阵列93。
例如，参考麦克风阵列81与图1中示出的参考麦克风阵列16对应并且是通过将多个麦克风布置成环形形状或球形形状而获得的麦克风阵列。参考麦克风阵列81采集外面的声音并且将作为结果获得的参考信号供应至时频分析单元82。应注意，参考信号是主要包括从噪声源产生的外部噪声的分量的音频信号。
时频分析单元82对从参考麦克风阵列81供应的参考信号执行时频变换并且将作为结果获得的参考信号的时频谱供应至空间频率分析单元83。
空间频率分析单元83对从时频分析单元82供应的参考信号的时频谱执行空间频率变换并且将作为结果获得的参考信号的空间频谱供应至估计的次路径加法单元84和自适应滤波器单元90。
估计的次路径加法单元84使从空间频率分析单元83供应的参考信号的空间频谱乘以估计的次路径(即，次路径的估计值，即，次路径模型)的空间频谱并且将作为结果获得的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89。
例如，误差麦克风阵列85与图1中示出的误差麦克风阵列12对应并且是通过将多个麦克风布置成环形形状或球形形状而获得的麦克风阵列。误差麦克风阵列85采集外面的声音并且将作为结果获得的误差信号供应至时频分析单元86。
应注意，误差信号是主要包括从噪声源产生的外部噪声的分量和从扬声器阵列93输出的声音的分量的音频信号。
此处，从扬声器阵列93输出的声音是抵消(即，消除)外部噪声的声音。因此，可以说，误差信号表示噪声消除之时尚未被抵消的外部噪声的分量(即，外部噪声)与从扬声器阵列93输出的声音之间的误差。
时频分析单元86对从误差麦克风阵列85供应的误差信号执行时频变换并且将作为结果获得的误差信号的时频谱供应至空间频率分析单元87。
空间频率分析单元87对从时频分析单元86供应的误差信号的时频谱执行空间频率变换并且将作为结果获得的误差信号的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89。
控制区域内部噪声检测单元88基于例如传感器信号(即，诸如布置在控制区域中的相机的传感器的输出)和声音采集信号等(即，布置在控制区域中的检测麦克风的输出)检测在控制区域中产生的控制区域内部噪声。进一步地，控制区域内部噪声检测单元88将指示控制区域内部噪声的检测结果的噪声检测信号供应至自适应滤波器系数计算单元89。
自适应滤波器系数计算单元89用作基于从控制区域内部噪声检测单元88供应的噪声检测信号控制自适应滤波器的滤波器系数的更新控制单元。
换言之，自适应滤波器系数计算单元89基于来自估计的次路径加法单元84的空间频谱和来自空间频率分析单元87的误差信号的空间频谱根据噪声检测信号计算自适应滤波器的滤波器系数并且将所计算的滤波器系数供应至自适应滤波器单元90。理想上，通过自适应滤波器系数计算单元89获得的自适应滤波器的滤波器系数是具有次路径的反向特性的滤波器的滤波器系数。
使用自适应滤波器的该滤波器系数生成从扬声器阵列93输出的输出声音的扬声器驱动信号，以减少，换言之，消除(抵消)噪声消除区域中的外部噪声。
自适应滤波器单元90使用从自适应滤波器系数计算单元89供应的自适应滤波器的滤波器系数对从空间频率分析单元83供应的参考信号的空间频谱执行滤波过程并且将作为结果获得的扬声器驱动信号的空间频谱供应至空间频率合成单元91。在这种情况下，自适应滤波器单元90基于参考信号和空间频域内的滤波器系数执行滤波过程，以生成扬声器驱动信号。
空间频率合成单元91执行从自适应滤波器单元90供应的空间频谱的空间频率合成并且将作为结果获得的扬声器驱动信号的时频谱供应至时频合成单元92。
时频合成单元92执行从空间频率合成单元91供应的扬声器驱动信号的时频谱的时频合成并且将扬声器驱动信号(即，作为结果获得的时间信号)供应至扬声器阵列93。
例如，扬声器阵列93与图1中示出的扬声器阵列14对应并且是通过将多个扬声器布置成环形形状或球形形状而获得的扬声器阵列。扬声器阵列93基于从时频合成单元92供应的扬声器驱动信号输出声音。
应注意，例如，参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85、以及扬声器阵列93之间的布置关系与图1中的参考麦克风阵列16、误差麦克风阵列12、以及扬声器阵列14之间的布置关系相同。
换言之，扬声器阵列93被布置成包围误差麦克风阵列85的***，并且参考麦克风阵列81被布置成包围扬声器阵列93。
应注意，尽管后面将描述细节，然而，此处，将由参考麦克风阵列81形成的区域，换言之，由参考麦克风阵列81包围的区域，设置为控制区域。进一步地，将由扬声器阵列93形成的区域，换言之，由扬声器阵列93包围的区域，设置为噪声消除区域。
此处，将更为详细地描述构成空间噪声控制设备71的相应单元。
(时频分析单元)
首先，将描述时频分析单元82。
在时频分析单元82中，对通过构成参考麦克风阵列81的麦克风的声音采集获得的参考信号s(q,nt)执行时频变换。
换言之，时频分析单元82通过执行下列公式(9)的计算而使用离散傅里叶变换(DFT)执行时频变换，由此根据参考信号s(q,nt)获得时频谱S(q,ntf)。
[公式9]
应注意，在公式(9)中，q表示识别构成参考麦克风阵列81的麦克风的麦克风系数，并且q＝0、1、2、...、以及Q-1。进一步地，Q表示麦克风数目，即，构成参考麦克风阵列81的麦克风的数目，并且nt表示时间系数。而且，ntf表示时频系数，Mt表示DFT采样数目，并且i表示纯虚数。
时频分析单元82将通过时频变换获得的时频谱S(q,ntf)供应至空间频率分析单元83。
应注意，即使在时频分析单元86中，也执行与时频分析单元82的情况相似的计算，以对误差信号执行时频变换。
(空间频率分析单元)
根据参考麦克风阵列81的形状，换言之，根据构成参考麦克风阵列81的麦克风的布置形状，空间频率分析单元83执行从时频分析单元82供应的时频谱S(q,ntf)的空间频率分析。换言之，对时频谱S(q,ntf)执行空间频率变换。
例如，在参考麦克风阵列81是圆形麦克风阵列的情况下，计算下列公式(10)，以执行空间频率变换。
[公式10]
应注意，在公式(10)中，S'表示空间频谱的矢量，Q表示参考麦克风阵列81中的麦克风的数目，并且Jinv表示包括球形贝塞尔函数的矩阵。
进一步地，Emic表示包括圆谐函数的矩阵，EH mic表示矩阵Emic的厄米特转置矩阵，S表示参考信号的时频谱S(q,ntf)的矢量。
具体地，由下列公式(11)表达空间频谱的矢量S'。
[公式11]
在公式(11)中，S'n(ntf)(其中，n＝-N、-N+1、...、以及N)表示参考信号的空间频谱。在空间频谱S'n(ntf)中，n表示空间频率的阶，并且具体地，N表示空间频率的最大阶。进一步地，公式(11)中的ntf表示时频系数。
而且，例如，由下列公式(12)表达包括公式(10)中的球形贝塞尔函数的矩阵Jinv，并且由下列公式(13)表达包括圆谐函数的矩阵Emic。
[公式12]
[公式13]
应注意，在公式(12)中，jn表示其中空间频率的阶是n的球形贝塞尔函数，c表示声音的速度，rmic表示参考麦克风阵列81的半径，即，圆形麦克风阵列，并且ω表示角频率。
进一步地，在公式(13)中，i表示纯虚数，n(其中，n＝-N、-N+、...、以及N)表示空间频率的阶，表示其参考麦克风阵列81的麦克风系数是q的麦克风的位置的方位角。
此处，将描述麦克风位置的方位角和俯仰角。
例如，假设将具有原点O的三维正交坐标系视为参考并且将x轴、y轴、以及z轴视为图4中示出的相应轴。
此处，假设连接参考麦克风阵列81的预定麦克风MU11和原点O的直线是直线LN，并且通过直线LN从z轴方向突出至xy平面而获得的直线是直线LN'。
此时，x轴与直线LN'之间的角是表示从xy平面内的原点O观看的麦克风MU11的位置的方向的方位角。进一步地，z轴与直线LN之间的角θ是表示从与xy平面垂直的平面内的原点O观看的麦克风MU11的位置的方向的俯仰角。
而且，由下列公式(14)表达上面公式(10)中的矢量S。
[公式14]
在表达式(14)中，矢量S是具有通过参考麦克风阵列81中的各个麦克风获得的参考信号的时频谱S(q,ntf)作为元素的矢量。
进一步地，例如，在参考麦克风阵列81是球形麦克风阵列的情况下，计算下列公式(15)，以执行空间频率变换。
[公式15]
应注意，在公式(15)中，S'是公式(11)中表达的空间频谱的矢量，Q表示参考麦克风阵列81中的麦克风的数目，并且Jinv是包括公式(12)中表达的球形贝塞尔函数的矩阵。
进一步地，Ymic是包括球谐函数的矩阵，YH mic表示矩阵Ymic的厄米特转置矩阵，S是公式(14)中表达的参考信号的时频谱S(q,ntf)的矢量。
此处，假设参考麦克风阵列81中的麦克风系数是q的麦克风的位置的俯仰角和方位角分别是θq和并且假设其中空间频率的阶是n和m的球谐函数是
在这种情况下，由下列公式(16)表达包括球谐函数的矩阵Ymic。应注意，在公式(16)中，N和M表示空间频率的最大阶。
[公式16]
空间频率分析单元83输出通过公式(10)或公式(15)中表达的空间频率变换而获得的空间频谱S'n(ntf)。应注意，即使在空间频率分析单元87中，也通过与空间频率分析单元83的情况相似的计算执行空间频率变换(空间频率分析)。
(控制区域内部噪声检测单元)
控制区域内部噪声检测单元88对控制区域内部噪声进行检测并且生成表示检测结果的噪声检测信号。
此处，例如，控制区域是通过图5中示出的参考麦克风阵列81形成的区域，换言之，由参考麦克风阵列81包围的区域。应注意，将以相同的参考标识表示图5中的与图3中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在图5示出的实例中，扬声器阵列93和误差麦克风阵列85布置在由参考麦克风阵列81中的麦克风包围的区域中。
在空间噪声控制设备71中，将具有影线的参考麦克风阵列81的内部，即，由相应麦克风包围的部分的区域，设置为控制区域，并且检测在该控制区域中产生的噪声(声音)。
例如，控制区域内部噪声检测单元88基于从捕获控制区域作为目标(subject)的相机输出的传感器信号(换言之，图像数据)检测控制区域内的用户并且检测用户嘴部的运动。
然后，当检测到用户嘴部的运动时，控制区域内部噪声检测单元88生成表示已检测到控制区域内部噪声的噪声检测信号，并且当未检测到用户嘴部的运动时，生成表示未检测到控制区域内部噪声的噪声检测信号。
进一步地，控制区域内部噪声检测单元88基于从一个或多个检测麦克风输出的声音采集信号可以检测控制区域内部噪声，例如，通过将检测麦克风安装在控制区域中或将检测麦克风附接至控制区域内的用户。
在这种情况下，例如，控制区域内部噪声检测单元88仅需要基于声音采集信号从声音的声压的瞬时变化中检测控制区域内部噪声的存在性或缺失性。
而且，以基于从两个麦克风输出的信号的声音的声压比为基础，例如，使用安装在彼此不同的位置处的检测麦克风、参考麦克风阵列81、以及误差麦克风阵列85之中的任意两个麦克风，可以检测控制区域内部噪声。在这种情况下，基于从两个麦克风输出的信号提前对声音的声压等进行比较，并且可以适当地使用比较结果用于噪声检测。
例如，在使用参考麦克风阵列81和误差麦克风阵列85检测控制区域内部噪声的情况下，采集控制区域内部噪声时与采集外部噪声时从参考麦克风阵列81和误差麦克风阵列85处获得的声压不同。换言之，例如，当采集控制区域内部噪声时，误差麦克风阵列85处的声压大于参考麦克风阵列81处的声压，并且由此，仅需要通过利用声压的这种关系检测控制区域内部噪声。
以这种方式，基于在距离上距控制区域的中心位置不同的多个麦克风阵列(麦克风)(诸如，检测麦克风、参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85等)的输出也可以检测控制区域内部噪声。
此外，在控制区域内部噪声检测单元88中，通过使用麦克风阵列或这些技术的组合等的声源位置估计或到达方向估计(DOA)可以检测控制区域内部噪声。应注意，可以使用任意方法作为检测控制区域内部噪声的方法。
如上所述，当检测控制区域内部噪声的存在性或缺失性时，控制区域内部噪声检测单元88将指示相关检测结果的噪声检测信号供应至自适应滤波器系数计算单元89。
(自适应滤波器系数计算单元)
在自适应滤波器系数计算单元89中，基于乘以估计的次路径的空间频谱的误差信号的空间频谱和参考信号的空间频谱对自适应滤波器的滤波器系数进行更新。
然而，在从控制区域内部噪声检测单元88供应表示已检测到控制区域内部噪声的噪声检测信号的情况下，不对滤波器系数进行更新。换言之，在控制区域中检测到控制区域内部噪声的情况下，不执行滤波器系数的更新。
例如，假设时间系数是nt，时频系数是ntf，并且将从空间频率分析单元87输出的误差信号的空间频谱表示为此处，n是空间频率的阶。
此时，将使下列公式(17)中表达的误差信号的空间频谱的均方误差ξ'(nt,ntf)最小化的自适应滤波器的滤波器系数计算为更新之后的滤波器系数。应注意，在公式(17)中，*表示复共扼。
[公式17]
与上述方法相似，在这种情况下，获得下列公式(18)中表达的更新方程式。
[公式18]
应注意，在公式(18)中，w(nt,ntf)表示更新之前的滤波器系数，并且w(nt+1,ntf)表示更新之后的滤波器系数。进一步地，在公式(18)中，μ表示步长并且由下列公式(19)表达X'。
[公式19]
在公式(19)中，n表示空间频率的阶，并且*表示复共轭。进一步地，表示参考信号的空间频谱，即，空间频率分析单元83的输出，并且该空间频谱是上述公式(11)中的空间频谱S'n(ntf)。而且，αn表示估计的次路径的空间频谱。
因此，例如，在估计的次路径加法单元84中执行计算估计的次路径的空间频谱和空间频谱αn的乘积的运算。
在自适应滤波器系数计算单元89中，基于从估计的次路径加法单元84供应的空间频谱误差信号的空间频谱以及更新之前的滤波器系数w(nt,ntf)计算公式(18)，并且计算更新之后的滤波器系数w(nt+1,ntf)。
(空间频率合成单元)
空间频率合成单元91根据扬声器阵列93的形状执行从自适应滤波器单元90供应的扬声器驱动信号的空间频谱的空间频率合成。
例如，假设空间频率的阶是n，空间频率的最大阶是N，并且将扬声器驱动信号的空间频谱(即，自适应滤波器单元90的输出)表示为D'n(ntf)。
此时，例如，在扬声器阵列93是圆形扬声器阵列的情况下，空间频率合成单元91通过计算下列公式(20)执行空间频率合成。
[公式20]
D＝EspD' ...(20)
应注意，在公式(20)中，D表示扬声器驱动信号的时频谱的矢量，即，空间频率合成单元91的输出，并且Esp表示包括圆谐函数的矩阵。进一步地，D'表示包括扬声器驱动信号的空间频谱D'n(ntf)的矢量，即，用作空间频率合成单元91的输入。
换言之，由下列公式(21)表达矢量D'，由下列公式(22)表达矩阵Esp，并且由下列公式(23)表达矢量D。
[公式21]
[公式22]
[公式23]
应注意，ntf表示公式(21)和(23)中的时频系数，并且l表示识别构成扬声器阵列93的扬声器的扬声器系数，并且在公式(22)和(23)中，I＝0、1、2、...、以及L-1。进一步地，L表示扬声器数目，即，构成扬声器阵列93的扬声器的数目。具体地，公式(23)中的D(l,ntf)表示扬声器驱动信号的时频谱。
而且，在公式(22)中，i表示纯虚数，n(其中，n＝-N、-N+1、...、以及N)表示空间频率的阶，并且表示其中扬声器阵列93的扬声器系数是l的扬声器的位置的方位角。方位角与麦克风的位置的上述方位角对应。
进一步地，例如，在扬声器阵列93是球形扬声器阵列的情况下，空间频率合成单元91通过计算下列公式(24)执行空间频率合成。
[公式24]
D＝YspD' ...(24)
应注意，在公式(24)中，D是包括公式(23)中表达的时频谱D(l,ntf)的矢量，并且Ysp是包括球谐函数的矩阵。进一步地，D'是包括公式(21)中表达的空间频谱D'n(ntf)的矢量。
由下列公式(25)表达包括球谐函数的矩阵Ysp。
[公式25]
应注意，公式(25)中的θl和分别表示与上述麦克风的位置的俯仰角θq和方位角对应的扬声器阵列93中的扬声器的位置的俯仰角θl和方位角并且N和M表示空间频率的最大阶。进一步地，表示球谐函数。
空间频率合成单元91将通过公式(20)或(24)中表达的空间频率合成获得的扬声器驱动信号的时频谱D(l,ntf)供应至时频合成单元92。
(时频合成单元)
时频合成单元92使用离散傅里叶逆变换(IDFT)对从空间频率合成单元91供应的时频谱D(l,ntf)执行时频合成，以计算扬声器驱动信号d(l,nt)，即，时间信号。
换言之，在时频合成中执行下列公式(26)的计算。
[公式26]
应注意，在公式(26)中，nt表示时间系数，Mdt表示IDFT采样的数目，并且i表示纯虚数。
时频合成单元92将通过时频合成获得的扬声器驱动信号d(l,nt)供应至扬声器阵列93，并且基于扬声器驱动信号d(l,nt)输出声音。
<噪声消除过程的描述>
接着，将描述空间噪声控制设备71的操作。
换言之，下面将参考图6中的流程图对通过空间噪声控制设备71执行的噪声消除过程进行描述。
在步骤S11中，空间噪声控制设备71在参考麦克风阵列81处执行声音采集。换言之，参考麦克风阵列81采集周围环境声音并且将作为结果获得的参考信号供应至时频分析单元82。
在步骤S12中，时频分析单元82对从参考麦克风阵列81供应的参考信号执行时频变换并且将作为结果获得的参考信号的时频谱供应至空间频率分析单元83。例如，执行公式(9)中的上述计算，以在步骤S12中计算时频谱。
在步骤S13中，空间频率分析单元83对从时频分析单元82供应的时频谱执行空间频率变换并且将作为结果获得的空间频谱供应至估计的次路径加法单元84和自适应滤波器单元90。例如，执行公式(10)或(15)中的上述计算，以在步骤S13中计算空间频谱。
在步骤S14中，估计的次路径加法单元84使从空间频率分析单元83供应的空间频谱乘以估计的次路径的空间频谱并且将作为结果获得的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89。例如，在步骤S14中计算上述公式(19)中表达的空间频谱
在步骤S15中，空间噪声控制设备71在误差麦克风阵列85处执行声音采集。换言之，误差麦克风阵列85采集周围环境声音并且将作为结果获得的误差信号供应至时频分析单元86。
在步骤S16中，时频分析单元86对从误差麦克风阵列85供应的误差信号执行时频变换并且将作为结果获得的误差信号的时频谱供应至空间频率分析单元87。例如，在步骤S16中执行与上述公式(9)相似的计算。
在步骤S17中，空间频率分析单元87对从时频分析单元86供应的时频谱执行空间频率变换并且将作为结果获得的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89。例如，在步骤S17中执行与上述公式(10)或公式(15)相似的计算。
在步骤S18中，控制区域内部噪声检测单元88基于例如传感器信号(即，诸如相机的传感器的输出、检测麦克风的输出、参考信号、误差信号等)检测控制区域内部噪声，并且将指示检测结果的噪声检测信号供应至自适应滤波器系数计算单元89。
在步骤S19中，自适应滤波器系数计算单元89基于从控制区域内部噪声检测单元88供应的噪声检测信号确定是否执行自适应滤波器的滤波器系数的更新。例如，在噪声检测信号是指示未检测到控制区域内部噪声的信号的情况下，确定执行更新。
在步骤S19中确定执行更新的情况下，过程进行至步骤S20。
在步骤S20中，自适应滤波器系数计算单元89基于来自估计的次路径加法单元84的空间频谱和来自空间频率分析单元87的空间频谱计算自适应滤波器的滤波器系数并且更新滤波器系数。例如，执行公式(18)中的上述计算，以在步骤S20中更新滤波器系数。
自适应滤波器系数计算单元89将获得的更新之后的滤波器系数供应至自适应滤波器单元90并且之后过程进行至步骤S21。
另一方面，在步骤S19中确定不执行更新的情况下，换言之，在控制区域中检测到控制区域内部噪声的情况下，不执行步骤S20中的过程，并且之后，过程进行至步骤S21。
如果在步骤S19中确定不执行更新，或如果确定执行步骤S20中的过程，则执行步骤S21中的过程。
换言之，在步骤S21中，自适应滤波器单元90使用从自适应滤波器系数计算单元89供应的自适应滤波器的滤波器系数对从空间频率分析单元83供应的空间频谱执行滤波过程。
自适应滤波器单元90将通过滤波过程获得的扬声器驱动信号的空间频谱供应至空间频率合成单元91。
在步骤S22中，空间频率合成单元91执行从自适应滤波器单元90供应的空间频谱的空间频率合成并且将作为结果获得的扬声器驱动信号的时频谱供应至时频合成单元92。例如，执行公式(20)或公式(24)中的上述计算，以在步骤S22中计算时频谱。
在步骤S23中，时频合成单元92执行从空间频率合成单元91供应的时频谱的时频合成并且将扬声器驱动信号(即，作为结果获得的时间信号)供应至扬声器阵列93。例如，执行公式(26)中的上述计算，以在步骤S23中计算扬声器驱动信号。
在步骤S24中，扬声器阵列93基于从时频合成单元92供应的扬声器驱动信号输出声音。由此，通过从扬声器阵列93输出的声音消除(减少)噪声消除区域中的外部噪声。
在步骤S25中，空间噪声控制设备71确定过程是否结束。
在步骤S25中确定过程尚未结束的情况下，过程返回至步骤S11，并且重复上述处理。
另一方面，在步骤S25中确定过程结束的情况下，噪声消除过程结束。
如上所述，空间噪声控制设备71通过使用自适应滤波器的滤波器系数的滤波过程生成扬声器驱动信号并且输出抵消外部噪声的声音。此时，空间噪声控制设备71检测在控制区域内产生的控制区域内部噪声并且根据检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新。
因为检测到控制区域内部噪声并且以这种方式根据检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，所以可以抑制自适应滤波器的发散并且改善噪声消除性能。
进一步地，在空间噪声控制设备71的空间频域中执行滤波器系数的更新和滤波过程。换言之，通过波前合成生成声音的扬声器驱动信号，以减少(即，消除)外部噪声。
因此，在整个噪声消除区域中，通过波前合成获得抵消(消除)外部噪声的声音的波前，并且由此可以获得高噪声消除性能。
进一步地，因为在空间频域中执行滤波器系数的更新和滤波过程，所以可以通过使传输特性对角线化而减少计算量。由此，自适应滤波器的滤波器系数快速地收敛，以使得可以改善噪声消除性能。
<第二实施方式>
<空间噪声控制设备的配置实例>
应注意，如上，已经将本技术应用于前馈式ANC***的情况描述为实例，但是，当然，可以将本技术应用于反馈式ANC***。在下文中，将本技术应用于反馈式类型的ANC***的情况描述为实例。
在这种情况下，例如，空间噪声控制设备的配置如图7中所示。应注意，将以相同的参考标识表示图7中与图3中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
图7中示出的空间噪声控制设备131包括误差麦克风阵列85、时频分析单元86、空间频率分析单元87、估计的次路径加法单元141、加法单元142、估计的次路径加法单元143、控制区域内部噪声检测单元88、自适应滤波器系数计算单元89、自适应滤波器单元90、空间频率合成单元91、时频合成单元92、以及扬声器阵列93。
在空间噪声控制设备131中，仅使用误差麦克风阵列85采集声音，而不使用参考麦克风阵列81。
进一步地，将通过空间频率分析单元87获得的误差信号的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89和加法单元142。而且，将通过自适应滤波器单元90获得的扬声器驱动信号的空间频谱供应至空间频率合成单元91和估计的次路径加法单元141。
估计的次路径加法单元141与估计的次路径加法单元84对应、使从自适应滤波器单元90供应的扬声器驱动信号的空间频谱与估计的次路径的空间频谱相乘、并且将作为结果获得的空间频谱供应至加法单元142。
加法单元142将从空间频率分析单元87供应的误差信号的空间频谱与从估计的次路径加法单元141供应的空间频谱相加并且将获得的空间频谱供应至估计的次路径加法单元143和自适应滤波器单元90。
估计的次路径加法单元143与估计的次路径加法单元84对应、使从加法单元142供应的空间频谱与估计的次路径的空间频谱相乘、并且将作为结果获得的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89。
自适应滤波器系数计算单元89基于来自估计的次路径加法单元143的空间频谱和来自空间频率分析单元87的误差信号的空间频谱根据从控制区域内部噪声检测单元88供应的噪声检测信号计算自适应滤波器的滤波器系数并且将所计算的滤波器系数供应至自适应滤波器单元90。
自适应滤波器单元90使用从自适应滤波器系数计算单元89供应的自适应滤波器的滤波器系数对从加法单元142供应的空间频谱执行滤波过程，由此生成扬声器驱动信号的空间频谱。
以这种方式，当空间噪声控制设备131不是反馈式类型时，因为不使用参考麦克风阵列81，所以控制区域是例如由图8中示出的误差麦克风阵列85形成的区域，即，由误差麦克风阵列85包围的区域。应注意，将以相同的参考标识表示图8中与图7中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在图8示出的实例中，误差麦克风阵列85布置在由扬声器阵列93中的扬声器包围的区域中。
在空间噪声控制设备131中，将具有影线的误差麦克风阵列85的内部，即，由相应麦克风包围的部分的区域，设置为控制区域，并且检测在该控制区域中产生的噪声。进一步地，关于噪声消除区域，将由扬声器阵列93包围的区域视为与空间噪声控制设备71的情况相似的噪声消除区域。
<噪声消除过程的描述>
随后，将描述空间噪声控制设备131的操作。
换言之，下面将参考图9中的流程图描述由空间噪声控制设备131执行的噪声消除过程。
当噪声消除过程开始时，执行步骤S61至S63中的过程。因为这些过程与图6中的步骤S15至S17的过程相似，所以将省去其描述。然而，在步骤S63中，将通过空间频率变换获得的误差信号的空间频谱从空间频率分析单元87供应至自适应滤波器系数计算单元89和加法单元142。
在步骤S64中，估计的次路径加法单元141使从自适应滤波器单元90供应的扬声器驱动信号的空间频谱乘以估计的次路径的空间频谱并且将作为结果获得的空间频谱供应至加法单元142。
在步骤S65中，加法单元142执行相加过程。换言之，加法单元142将从空间频率分析单元87供应的空间频谱与从估计的次路径加法单元141供应的空间频谱相加并且将获得的空间频谱供应至估计的次路径加法单元143和自适应滤波器单元90。
在步骤S66中，估计的次路径加法单元143使从加法单元142供应的空间频谱与估计的次路径的空间频谱相乘并且将作为结果获得的空间频谱供应至自适应滤波器系数计算单元89。
当执行步骤S66中的过程时，之后，执行步骤S67至S74中的过程，并且噪声消除过程结束。因为这些过程与图6中的步骤S18至S25的过程相似，所以将省去其描述。
然而，在步骤S69中，自适应滤波器系数计算单元89基于来自估计的次路径加法单元143的空间频谱和来自空间频率分析单元87的空间频谱对自适应滤波器的滤波器系数进行更新。
进一步地，在步骤S70中，自适应滤波器单元90使用从自适应滤波器系数计算单元89供应的自适应滤波器的滤波器系数对从加法单元142供应的空间频谱执行滤波过程，由此计算扬声器驱动信号的空间频谱。而且，自适应滤波器单元90将获得的扬声器驱动信号的空间频谱供应至空间频率合成单元91和估计的次路径加法单元141。
如上所述，空间噪声控制设备131通过使用自适应滤波器的滤波器系数的滤波过程生成扬声器驱动信号并且输出抵消外部噪声的声音。此时，空间噪声控制设备131检测在控制区域内产生的控制区域内部噪声并且根据检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新。
因为检测到控制区域内部噪声并且以这种方式根据检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数，所以可以抑制自适应滤波器的发散并且改善噪声消除性能。
<应用实例>
同时，例如，上述空间噪声控制设备71和空间噪声控制设备131可以应用于车辆、医院等。
换言之，例如，假设包括大量扬声器的扬声器阵列和包括大量麦克风的麦克风阵列布置在诸如客车的车辆的座舱中。
此时，通过使用本技术减少(消除)来自控制区域的外部的发动机噪声、道路噪声等能够保持车辆的内部安静。具体地，在这种情况下，即使在车辆中产生控制区域内部噪声的情况下，也可以使用本技术抑制噪声消除性能的下降。
进一步地，医院中存在多个住院患者住在同一病房中的共享病房。在这种情况下，尽管帘子阻挡了视野，然而，每个住院患者会听到另一患者的声音和周围环境的声音。因此，当将应用本技术的空间噪声控制设备安装在隔间上并且由麦克风阵列或扬声器阵列包围预定区域时，可以消除来自控制区域的外面的声音。由此，可以确保每个住院患者的安静空间。而且，当将应用本技术的空间噪声控制设备安装在所有患者的病床的部分上时，各种语音被相互抑制，从而能够用于保护隐私。
<变形1>
应注意，已经描述了参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85、以及扬声器阵列93是球形或圆形的情况作为上面具体的实例，但是，参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85、以及扬声器阵列93的形状可以是诸如线性形状的任意形状。
例如，在参考麦克风阵列、误差麦克风阵列、以及扬声器阵列形成线性形状的情况下，麦克风阵列和扬声器阵列的布置如图10中所示。
在图10示出的实例中，参考麦克风阵列171(即，线性麦克风阵列)、扬声器阵列172(即，线性扬声器阵列)、以及误差麦克风阵列173(即，线性麦克风阵列)排列在与其中麦克风和扬声器排列的方向垂直的方向上。
换言之，参考麦克风阵列171布置在扬声器阵列172的后面，即，附图中的上侧，并且误差麦克风阵列173布置在扬声器阵列172的前面，即，附图中的下侧。此处，扬声器阵列172的声音的辐射方向是附图中的下侧。
例如，在前馈式类型的空间噪声控制设备71中使用参考麦克风阵列171、误差麦克风阵列173、以及扬声器阵列172，而非参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85、以及扬声器阵列93。
在这种情况下，将位于附图中的参考麦克风阵列171的下侧的矩形区域R11设置为控制区域，并且将位于附图中的扬声器阵列172的下侧的区域(即，位于区域R11中的误差麦克风阵列173的一侧上)设置为噪声消除区域。
进一步地，例如，如图11中示出的，线性麦克风阵列或线性扬声器阵列可以并排布置成矩形框架形状。
在图11示出的实例中，包括四个线性扬声器阵列的矩形框架形状的扬声器阵列202布置在由包括四个线性麦克风阵列的矩形框架形状的参考麦克风阵列201包围的区域中。而且，包括四个线性麦克风阵列的矩形框架形状的误差麦克风阵列203布置在由扬声器阵列202包围的区域中。在本实例中，例如，在前馈式类型的空间噪声控制设备71中使用参考麦克风阵列201、误差麦克风阵列203、以及扬声器阵列202，而非参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85、以及扬声器阵列93。
在这种情况下，将由参考麦克风阵列201包围的区域R21设置为控制区域，并且将由扬声器阵列202包围的区域设置为噪声消除区域。
同样，例如，如图12中示出的，在前馈式类型的空间噪声控制设备131中使用线性麦克风阵列和线性扬声器阵列的情况下，空间噪声控制设备131中使用扬声器阵列172代替扬声器阵列93并且使用误差麦克风阵列173代替误差麦克风阵列85。应注意，将以相同的参考标识表示图12中与图10中的情况对应的部分，并且将省去其描述。
在图12示出的实例中，将位于附图中的误差麦克风阵列173的下侧的矩形区域R31设置为控制区域，并且将位于附图中的扬声器阵列172的下侧的矩形区域(即，位于误差麦克风阵列173的一侧上)设置为噪声消除区域。
而且，例如，如图13中示出的，在前馈式类型的空间噪声控制设备131中使用形成为矩形框架形状的麦克风阵列和扬声器阵列的情况下，空间噪声控制设备131中使用扬声器阵列202代替扬声器阵列93并且使用误差麦克风阵列203代替误差麦克风阵列85。应注意，将以相同的参考标识表示图13中与图11中的情况对应的部分，并且将省去其描述。
在图13示出的实例中，将由误差麦克风阵列203包围的矩形区域R41设置为控制区域，并且将由扬声器阵列202包围的矩形区域设置为噪声消除区域。
如上所述，即使在参考麦克风阵列、误差麦克风阵列、以及扬声器阵列具有线性形状或矩形框架形状的情况下，通过执行上述处理也可以改善噪声消除性能，因此，在控制区域中检测到控制区域内部噪声的情况下，不对自适应滤波器的滤波器系数进行更新。
<变形2>
进一步地，例如，如图14中示出的，可以使用球形麦克风阵列或圆形麦克风阵列代替构成参考麦克风阵列和误差麦克风阵列中的各个麦克风。应注意，将以相同的参考标识表示图14中与图3中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在图14示出的实例中，扬声器阵列93布置在由参考麦克风阵列231包围的区域中，并且误差麦克风阵列232布置在由扬声器阵列93包围的区域中。进一步地，参考麦克风阵列231与参考麦克风阵列81对应，并且误差麦克风阵列232与误差麦克风阵列85对应。
在本实例中，使用多个麦克风阵列241-1至241-8配置参考麦克风阵列231。应注意，在下文中，在不需要具体区分麦克风阵列241-1至241-8的情况下，将麦克风阵列241-1至241-8简称为麦克风阵列241。
麦克风阵列241中的每个麦克风阵列是通过将多个麦克风布置成球形或圆形形状而获得的球形麦克风阵列或圆形麦克风阵列。此处，通过将多个麦克风阵列241并排布置成圆形形状而配置一个圆形麦克风阵列，并且使用该圆形麦克风阵列作为参考麦克风阵列231。
同样，误差麦克风阵列232包括多个麦克风阵列242-1至242-4。应注意，在下文中，在不需要具体区分麦克风阵列242-1至242-4的情况下，将麦克风阵列242-1至242-4简称为麦克风阵列242。
麦克风阵列242中的每个麦克风阵列是通过将多个麦克风布置成球形或圆形形状而获得的球形麦克风阵列或圆形麦克风阵列。此处，通过将多个麦克风阵列242并排布置成圆形形状而配置一个圆形麦克风阵列，并且使用该圆形麦克风阵列作为误差麦克风阵列232。
在本实例中，在空间噪声控制设备71中，使用参考麦克风阵列231代替参考麦克风阵列81，并且使用误差麦克风阵列232代替误差麦克风阵列85。
应注意，参考麦克风阵列231可以是包括多个麦克风阵列241的球形麦克风阵列，并且同样，误差麦克风阵列232可以是包括多个麦克风阵列242的球形麦克风阵列。
当参考麦克风阵列231和误差麦克风阵列232具有该配置时，可以抑制控制区域内部噪声从控制区域的内部泄露至参考麦克风阵列231。进一步地，可以抑制不必要的声音的泄露，诸如，抑制朝向参考麦克风阵列231环绕的声音泄漏、用于消除噪声的从扬声器阵列93输出的声音泄漏至外面等。
因为使用麦克风阵列241和麦克风阵列242(即，圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列)配置参考麦克风阵列231和误差麦克风阵列232，所以可以提供麦克风阵列241和麦克风阵列242中的每个麦克风阵列的方向性。因此，例如，通过控制麦克风阵列241或麦克风阵列242可以进一步改善噪声消除性能，以使得朝向控制区域的外面设置方向性。
尽管通过使用圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列可以提供方向性，然而，实际上，难以实现完美的方向性，并且仅通过控制方向性不可以完全阻止不必要声音的泄露。然而，当使用多个麦克风阵列配置参考麦克风阵列和误差麦克风阵列的技术结合上述空间噪声控制设备时，可以进一步改善噪声消除性能。
应注意，例如，在“Meyer,Jens,and Gary Elko."A highly scalable sphericalmicrophone array based on an orthonormal decomposition of the soundfield”.Acoustics,Speech,and Signal Processing(ICASSP),2002IEEE InternationalConference on.Vol.2.IEEE,2002”等中详细描述了麦克风阵列的方向性的控制。
<变形3>
进一步地，例如，如图15中示出的，可以使用球形扬声器阵列或圆形扬声器阵列代替构成输出用于噪声消除的声音的扬声器阵列的各个扬声器。应注意，将以相同的参考标识表示图15中与图3中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在图15示出的实例中，扬声器阵列271布置在由参考麦克风阵列81包围的区域中，并且误差麦克风阵列85布置在由扬声器阵列271包围的区域中。进一步地，扬声器阵列271与扬声器阵列93对应。
在本实例中，扬声器阵列271包括多个扬声器阵列281-1至281-4。应注意，在下文中，在不需要具体区分扬声器阵列281-1至281-4的情况下，将扬声器阵列281-1至281-4简称为扬声器阵列281。
扬声器阵列281中的每个扬声器阵列是通过将多个扬声器布置成球形或圆形形状而获得的球形扬声器阵列或圆形扬声器阵列。此处，通过将多个扬声器阵列281并排布置成圆形形状而配置一个圆形扬声器阵列，并且使用该圆形扬声器阵列作为扬声器阵列271。在本实例中，在空间噪声控制设备71中使用扬声器阵列271代替扬声器阵列93。
应注意，扬声器阵列271可以是包括多个扬声器阵列281的球形扬声器阵列。
当使用多个扬声器阵列281配置扬声器阵列271时，仅可以在由扬声器阵列271包围的噪声消除区域内使声音再现并且抑制声音泄露至噪声消除区域的外部。
例如，从被布置成面向噪声消除区域的内部并且构成扬声器阵列281的扬声器输出并且朝向参考麦克风阵列81环绕的声音能够被从布置成面向噪声消除区域的外部并且构成扬声器阵列281的扬声器输出的、噪声消除区域之外的声音抵消。当以这种方式使用扬声器阵列271时，可以抑制从扬声器阵列271输出的声音朝向参考麦克风阵列81环绕并且可以改善噪声消除性能。
例如，如果将多个圆形扬声器阵列或球形扬声器阵列布置成形成扬声器阵列，则可以抑制声音环绕至由扬声器阵列包围的区域之外，但是，实际上，难以完全阻止声音自身发生环绕。然而，当使用多个扬声器阵列配置扬声器阵列的技术结合上述空间噪声控制设备时，可以进一步改善噪声消除性能。
应注意，例如，在“Samarasinghe,Prasanga N.,et al."3D soundfieldreproduction using higher order loudspeakers”.2013IEEE InternationalConference on Acoustics,Speech and Signal Processing.IEEE,2013”等中详细描述了通过布置多个扬声器阵列而配置一个扬声器阵列来抑制声音发生环绕的技术。
<变形4>
而且，例如，如图16中示出的，可以结合使用布置多个圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列来形成一个麦克风阵列的技术和布置多个圆形扬声器阵列或球形扬声器阵列来形成一个扬声器阵列的技术。应注意，将以相同的参考标识表示图16中与图14或图15中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在本实例中，在空间噪声控制设备71中使用参考麦克风阵列231、误差麦克风阵列232、以及扬声器阵列271代替参考麦克风阵列81、误差麦克风阵列85、以及扬声器阵列93。
在图16示出的实例中，扬声器阵列271布置在由参考麦克风阵列231包围的区域中，并且误差麦克风阵列232布置在由扬声器阵列271包围的区域中。
应注意，在参考图14至图16描述的实例中已经描述了将其中使用球形或圆形麦克风阵列或扬声器阵列配置一个麦克风阵列或扬声器阵列的技术应用于前馈式空间噪声控制设备的情况。然而，可以将其中使用球形或圆形麦克风阵列或扬声器阵列配置一个麦克风阵列或扬声器阵列的该技术应用于前馈式空间噪声控制设备。
<变形5>
此外，例如，控制区域内部噪声检测单元88可以基于通过参考麦克风阵列采集声音而获得的参考信号检测控制区域内部噪声。
在这种情况下，例如，参考麦克风阵列的配置如图17所示。应注意，将以相同的参考标识表示图17中与图3中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在图17的实例中，在空间噪声控制设备71中使用参考麦克风阵列311代替参考麦克风阵列81。进一步地，扬声器阵列93布置在由参考麦克风阵列311包围的区域中，并且误差麦克风阵列85布置在由扬声器阵列93包围的区域中。
使用麦克风阵列321-1(即，圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列)和麦克风阵列321-2(即，圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列)配置参考麦克风阵列311。
具体地，此处，麦克风阵列321-1的半径小于麦克风阵列321-2的半径，并且由此，麦克风阵列321-1相对于麦克风阵列321-2布置在更靠近于扬声器阵列93的位置处。
换言之，从控制区域的中心位置至麦克风阵列321-1的距离不同于从控制区域的中心位置至麦克风阵列321-2的距离。
因此，例如，当通过参考麦克风阵列311采集在控制区域内产生的控制区域内部噪声时，通过麦克风阵列321-1获得的参考信号的声压变得大于通过麦克风阵列321-2获得的参考信号的声压。
另一方面，当通过参考麦克风阵列311采集从控制区域的外面传播至控制区域的内部的外部噪声时，通过麦克风阵列321-2获得的参考信号的声压大于通过麦克风阵列321-1获得的参考信号的声压。
因此，如果将通过参考麦克风阵列311获得的参考信号供应至控制区域内部噪声检测单元88时，控制区域内部噪声检测单元88则能够通过比较由麦克风阵列321-1获得的参考信号的声压与由麦克风阵列321-2获得的参考信号的声压而检测控制区域内部噪声。
应注意，与参考麦克风阵列311的情况相似，使用在距控制区域的中心的距离上不同的两个或多个麦克风阵列可以配置误差麦克风阵列85，并且控制区域内部噪声检测单元88可以基于从误差麦克风阵列85供应的误差信号检测控制区域内部噪声。
进一步地，例如，如图16中示出的，即使对于参考麦克风阵列231和误差麦克风阵列232，也存在在距控制区域的中心的距离上不同的两个或多个麦克风作为构成这些麦克风阵列的麦克风。因此，与参考麦克风阵列311的情况相似，即使使用通过参考麦克风阵列231或误差麦克风阵列232获得的参考信号或误差信号，也可以检测控制区域内部噪声。
<变形6>
而且，即使在空间噪声控制设备131中，也能够基于通过利用误差麦克风阵列的声音采集获得的误差信号而检测控制区域内部噪声。
在这种情况下，例如，误差麦克风阵列的配置如图18中所示。应注意，将以相同的参考标识表示图18中的与图7中的情况对应的部分，并且将根据需要省去其描述。
在图18的实例中，在空间噪声控制设备131中使用误差麦克风阵列351代替误差麦克风阵列85。进一步地，误差麦克风阵列351布置在由扬声器阵列93包围的区域中。
使用麦克风阵列361-1(即，圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列)和麦克风阵列361-2(即，圆形麦克风阵列或球形麦克风阵列)配置误差麦克风阵列351。
具体地，此处，麦克风阵列361-1的半径小于麦克风阵列361-2的半径，并且由此，麦克风阵列361-2相对于麦克风阵列361-1布置在更靠近于扬声器阵列93的位置处。
换言之，从控制区域的中心位置至麦克风阵列361-1的距离不同于从控制区域的中心位置至麦克风阵列361-2的距离。
因此，与参考图17描述的情况相似，通过比较由麦克风阵列361-1获得的误差信号的声压与由麦克风阵列361-2获得的误差信号的声压可以检测控制区域内部噪声。
因此，在本实例中，将通过误差麦克风阵列351获得的误差信号供应至控制区域内部噪声检测单元88，控制区域内部噪声检测单元88通过比较由麦克风阵列361-1获得的误差信号的声压与由麦克风阵列361-2获得的误差信号的声压而检测控制区域内部噪声。
<计算机的配置例>
同时，上述系列的过程不仅能够通过硬件运行，而且还能够通过软件运行。在通过软件运行该系列的过程的情况下，将构成软件的程序安装在计算机中。此处，计算机包括内置于专用硬件中的计算机及能够通过例如安装各种程序而运行各个功能的通用计算机。
图19是示出根据程序运行上述系列的过程的计算机的硬件配置的配置例的框图。
在计算机中，通过总线504互相连接中央处理单元(CPU)501、只读存储器(ROM)502、以及随机访问存储器(RAM)503。
而且，输入/输出接口505连接至总线504。输入单元506、输出单元507、记录单元508、通信单元509、以及驱动510连接至输入/输出接口505。
输入单元506包括键盘、鼠标、麦克风阵列、成像元件等。输出单元507包括显示器、扬声器阵列等。记录单元508包括硬盘、非易失性存储器等。通信单元509包括网络接口等。驱动510驱动诸如磁盘、光盘、磁光盘、以及半导体存储器等可移除记录介质511。
在上述配置的计算机中，例如，CPU 501在经由输入/输出接口505和总线504被加载到RAM 503上的状态下运行被记录在记录单元508中的程序，由此执行上述系列的过程。
在被记录在例如可移除记录介质511(如封装介质等)上的状态下，能够提供通过计算机(CPU 501)运行的程序。进一步地，经由诸如局域网、互联网、以及数字卫星广播的有线或无线传输介质能够提供程序。
在计算机中，经由通过将可移除记录介质511安装至驱动510的输入/输出接口505能够将程序安装在记录单元508中。进一步地，经由有线或无线传输介质能够通过通信单元509接收程序并且将程序安装在记录单元508中。此外，能够提前将程序安装在ROM 502和记录单元508中。
应注意，通过计算机运行的程序可以是其中根据本说明书中描述的顺序按照时间序列顺序执行过程的程序或可以是其中并行或在诸如进行调用时的必要时刻执行过程的程序。
进一步地，本技术的实施方式并不局限于上述实施方式，并且在不背离本技术的实质的范围内可以做出各种变形。
例如，本技术能够采用其中共享一种功能并且经由网络通过多个设备处理一种功能的云计算配置。
进一步地，上述流程图中描述的每个步骤不仅能够通过一个设备运行，而且还能够通过多个设备进行共享和运行。
而且，在一个步骤中包括多个过程的情况下，一个步骤中包括的多个过程不仅能够通过一个设备运行，而且还能够通过多个设备进行共享和运行。
进一步地，本说明书中描述的效果仅是实例并且不受限制，并且可以存在其他效果。
而且，本技术还能够被配置成如下。
(1)一种信号处理设备，包括：
噪声检测单元，检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；和
控制单元，基于控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，自适应滤波器用于生成由扬声器阵列输出的输出声音的信号。
(2)根据(1)中的信号处理设备，还包括：
自适应滤波器单元，基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号和滤波器系数生成输出声音的信号。
(3)根据(2)中的信号处理设备，其中，
自适应滤波器单元在空间频域中执行基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号和滤波器系数的滤波过程，以生成输出声音的信号。
(4)根据(1)至(3)中任一项的信号处理设备，其中，
在噪声检测单元检测控制区域内部噪声的情况下，控制单元不执行滤波器系数的更新。
(5)根据(1)至(4)中任一项的信号处理设备，其中，
噪声检测单元基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号检测控制区域内部噪声。
(6)根据(5)中的信号处理设备，其中，
噪声检测单元基于通过使用构成麦克风阵列并且具有距控制区域的中心位置的不同距离的多个麦克风阵列中的每个麦克风阵列的声音采集获得的每个信号检测控制区域内部噪声。
(7)根据(5)中的信号处理设备，其中，
噪声检测单元基于通过使用麦克风阵列的声音采集获得的信号和通过在距控制区域的中心位置的距离上与麦克风阵列不同的另一麦克风阵列的声音采集获得的信号检测控制区域内部噪声。
(8)根据(1)至(4)中任一项的信号处理设备，其中，
噪声检测单元基于通过使用布置在控制区域中的检测麦克风的声音采集获得的信号检测控制区域内部噪声。
(9)根据(1)至(8)中任一项的信号处理设备，其中，
通过将多个麦克风阵列布置成预定的形状而获得麦克风阵列。
(10)根据(1)至(9)中任一项的信号处理设备，其中，
通过将多个扬声器阵列布置成预定的形状而获得扬声器阵列。
(11)根据(1)至(10)中任一项的信号处理设备，其中，
控制区域是使用参考麦克风阵列或误差麦克风阵列作为麦克风阵列而形成的区域。
(12)一种信号处理方法，包括以下步骤：
检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；并且
基于控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，自适应滤波器用于生成通过扬声器阵列输出的输出声音的信号。
(13)一种用于使计算机运行包括以下步骤的处理的程序：
检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；并且
基于控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，自适应滤波器用于生成通过扬声器阵列输出的输出声音的信号。
参考标识列表
71 空间噪声控制设备
81 参考麦克风阵列
85 误差麦克风阵列
88 控制区域内部噪声检测单元
89 自适应滤波器系数计算单元
90 自适应滤波器单元
93 扬声器阵列。

Claims (13)

1.一种信号处理设备，包括：
噪声检测单元，检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；和
控制单元，基于所述控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，所述自适应滤波器用于生成由所述扬声器阵列输出的输出声音的信号。
2.根据权利要求1所述的信号处理设备，还包括：
自适应滤波器单元，基于通过使用所述麦克风阵列的声音采集获得的信号和所述滤波器系数生成所述输出声音的信号。
3.根据权利要求2所述的信号处理设备，其中，
所述自适应滤波器单元在空间频域中执行基于通过使用所述麦克风阵列的声音采集获得的信号和所述滤波器系数的滤波过程，以生成所述输出声音的信号。
4.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，
在所述噪声检测单元检测所述控制区域内部噪声的情况下，所述控制单元不执行所述滤波器系数的更新。
5.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，
所述噪声检测单元基于通过使用所述麦克风阵列的声音采集获得的信号检测所述控制区域内部噪声。
6.根据权利要求5所述的信号处理设备，其中，
所述噪声检测单元基于通过使用构成所述麦克风阵列并且具有距所述控制区域的中心位置的不同距离的多个麦克风阵列中的每个麦克风阵列的声音采集获得的每个信号检测所述控制区域内部噪声。
7.根据权利要求5所述的信号处理设备，其中，
所述噪声检测单元基于通过使用所述麦克风阵列的声音采集获得的信号和通过在距所述控制区域的中心位置的距离上与所述麦克风阵列不同的另一麦克风阵列的声音采集获得的信号检测所述控制区域内部噪声。
8.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，
所述噪声检测单元基于通过使用布置在所述控制区域中的检测麦克风的声音采集获得的信号检测所述控制区域内部噪声。
9.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，
通过将多个麦克风阵列布置成预定的形状而获得所述麦克风阵列。
10.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，
通过将多个扬声器阵列布置成预定的形状而获得所述扬声器阵列。
11.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，
所述控制区域是使用参考麦克风阵列或误差麦克风阵列作为所述麦克风阵列而形成的区域。
12.一种信号处理方法，包括以下步骤：
检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；并且
基于所述控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，所述自适应滤波器用于生成通过所述扬声器阵列输出的输出声音的信号。
13.一种用于使计算机执行包括以下步骤的处理的程序：
检测在由麦克风阵列形成的控制区域中产生的控制区域内部噪声；并且
基于所述控制区域内部噪声的检测结果控制自适应滤波器的滤波器系数的更新，以减少由扬声器阵列形成的噪声消除区域的外部噪声，所述自适应滤波器用于生成通过所述扬声器阵列输出的输出声音的信号。
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