JP2014174348A - 消音装置および消音方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】参照マイクのマイクゲインを低く設定した場合であっても、フィルタが行う適応更新動作の制御効果が得られるまでの時間を短縮できる消音装置および消音方法を提供する。
【解決手段】消音装置は、第1マイク、変換部、第1乗算器、フィルタ、2次音源、第2マイク、フィルタ更新部を備える。第1マイクは主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する。変換部はアナログの制御対象音をデジタルの参照信号に変換する。第1乗算器はデジタルの参照信号に1よりも大きい第1係数を乗算する。フィルタは参照信号から制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する。2次音源は制御信号を制御音として発音する。第2マイクは制御対象音と制御音が合成された合成音を集音する。フィルタ更新部は合成音である誤差信号を最小にするようにフィルタを更新する。
【選択図】図1
【解決手段】消音装置は、第1マイク、変換部、第1乗算器、フィルタ、2次音源、第2マイク、フィルタ更新部を備える。第1マイクは主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する。変換部はアナログの制御対象音をデジタルの参照信号に変換する。第1乗算器はデジタルの参照信号に1よりも大きい第1係数を乗算する。フィルタは参照信号から制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する。2次音源は制御信号を制御音として発音する。第2マイクは制御対象音と制御音が合成された合成音を集音する。フィルタ更新部は合成音である誤差信号を最小にするようにフィルタを更新する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、消音装置および消音方法に関する。
騒音対策の技術の一つとして、アクティブノイズコントロール(ANC:active noise control)などの能動消音技術が知られている。ANCは、騒音環境中に配置したマイクで騒音を取り込み、取り込んだ騒音と同振幅で逆位相の信号を生成して騒音環境中の制御スピーカから出力することで、当該騒音を打ち消すものである。ANCは、自動車などにおけるロードノイズを低減する機器や、医療機器が発生する騒音を低減する機器、ノイズキャンセルイヤホンなどに適用されている。
ANCの従来の手法としては、例えばFiltered−xと直接法(Direct Adaptive Algorithm,DAA)の2つの手法が既に知られているが、いずれの手法も、騒音源からの伝播音を取得する参照マイクと、制御点における制御効果を評価するエラーマイクとを用い、参照マイクをエラーマイクに比べ騒音源に近づけて配置する必要がある。騒音源に近い側の参照マイクは、サチュレーション(音量レベルの超過)を引き起こしやすいため、予め参照マイクのマイクゲインを低く設定しておく必要がある。
しかしながら、参照マイクのマイクゲインを低く設定した場合、参照マイクから出力される参照信号とエラーマイクから出力される誤差信号を用いてANCを行うように制御フィルタを構成すると、制御フィルタのゲインが全周波数帯域において高くなる。
この制御フィルタは、適応更新を随時行うことで誤差信号を収束させるように動作するが、ゲインが高いものほど収束するまでに通常よりも多くの時間を要する。また適応更新の際に誤りが生じた場合、誤りが修正されるまでに時間がかかる。つまり、参照マイクのマイクゲインを低く設定すると、制御効果が得られる定常状態に到達するまでに時間がかかるという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、参照マイクのマイクゲインを低く設定した場合であっても、制御フィルタが行う適応更新動作の制御効果が得られるまでの時間を短縮することができる消音装置および消音方法を提供することにある。
実施形態の消音装置は、第1マイク、変換部、第1乗算器、フィルタ、2次音源、第2マイク、フィルタ更新部を備える。第1マイクは主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する参照用のものである。変換部は第1マイクから出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換する。第1乗算器は変換部により変換されたデジタルの参照信号に1よりも大きい第1係数を乗算する。フィルタは第1乗算器により第1係数が乗算された参照信号から、制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する。2次音源は制御信号を制御音として発音する。第2マイクは制御対象音と制御音が合成された合成音を集音する。フィルタ更新部は第2マイクにより集音された合成音である誤差信号を最小にするようにフィルタを更新する。
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は実施形態の能動消音装置(Filtered−x)の概要を示す図である。
(第1実施形態)
図1は実施形態の能動消音装置(Filtered−x)の概要を示す図である。
図1に示すように、実施形態の能動消音装置は、第1マイクとしての参照マイク2、アンプ3、A/D変換器4、第1乗算器としての乗算器5、更新機構20、アンプ8、2次音源または制御スピーカとしてのスピーカ9、第2マイクまたは誤差マイクとしてのエラーマイク10などを有する。更新機構20は、フィルタまたは第1デジタルフィルタとしての適応フィルタ(C)6、第2デジタルフィルタとしてのフィルタ7、LMS12などを有する。LMS12は最小2乗平均(LMS:Least Mean Square)アルゴリズムを用いたフィルタ更新部である。
参照マイク2は、主音源としての騒音源1から発せられた制御対象音である騒音sを拾い、参照信号rを出力するものである。つまり参照マイク2は、騒音源1から発せられた騒音sを集音し参照信号として出力する参照用のマイクである。
騒音源1からエラーマイク10までの音の伝送経路を主経路(第1経路)といい、この第1経路に対して、騒音源1から参照マイク2、乗算器5およびスピーカ9を経てエラーマイク10に至る経路を第2経路と称す。
騒音源1から参照マイク2までの空間では騒音sは伝達特性G2により伝達される。アンプ3は、参照マイク2から出力された参照信号r(集音されたアナログの制御対象音s)を増幅するマイクアンプである。アンプ3のゲイン(マイクゲイン)をH1とする。
参照マイク2は、エラーマイク10よりも騒音源1に近い位置に配置されているため、サチュレーション(音量レベルの超過)を引き起こしやすい。このため、予め参照マイク2のマイクゲイン(アンプ3のゲインH1)は低く設定されている。
A/D変換器4および乗算器5は、アンプ3と適応フィルタ(C)6との間に介挿されている。A/D変換器4は、参照マイク2により集音され、アンプ3を通じて入力された参照信号r(アナログの音信号)をデジタルの参照信号に変換する。
乗算器5には、予め1よりも大きい値の第1係数kaが設定されている(1<ka)。第1係数kaに設定する「1よりも大きい値」としては、例えば参照信号と誤差信号の片振幅の比が5/3または2などの値とする。片振幅の比以外に、例えば周波数毎のゲインの比であってもよい。
また、ANC制御を行っていない状況において、騒音から参照マイク、エラーマイク10それぞれに到達する信号である、参照信号と誤差信号の片振幅(周波数ごとのゲインでもよい)の比が2:1から3:1程度となるように第1係数kaを設定する方法もある。
乗算器5は、A/D変換器4により変換されたデジタルの参照信号に第1係数kaを乗算して加工参照信号r’を生成し適応フィルタ(C)6およびフィルタ7に出力する。
適応フィルタ(C)6は、加工参照信号r’を入力として制御入力uを出力するフィルタであり、外部から更新することが可能である。
適応フィルタ(C)6は、乗算器5により第1係数が乗算された加工参照信号r’を入力として騒音sを打ち消す制御音を発生するための制御信号uを生成しアンプ8へ出力する。エラーマイク10において、制御信号uからの到来音は騒音sからの到来音の位相を180度回転させた信号である。すなわち適応フィルタ(C)6は、外部から更新可能な特性を有しており、騒音源1が発する騒音sの信号を打ち消す信号を生成する。
フィルタ7は、アンプ8のゲインH2、スピーカ9からエラーマイク10までの二次経路の伝達特性G4、アンプ11のゲインH3などを考慮した伝達特性(H3G4H2)を有するものである。つまりフィルタ7には、予め同定しておいた、スピーカ9からエラーマイク10に至るアンプゲインを考慮した経路の伝達特性(H3G4H2)が予め設定されている。
アンプ8は、適応フィルタ(C)6から入力された制御信号uを増幅しスピーカ9に出力する。アンプ8のゲインをH2とする。スピーカ9は、騒音sの影響が及ぶ空間の範囲内に配置されている。
騒音sの影響が及ぶ空間の範囲とは騒音sが届く範囲である。スピーカ9は、アンプ8により増幅された制御信号を制御音(騒音sを打ち消す音)として空間に発音する。制御音は制御対象音を制御する音である。
エラーマイク10は、参照マイク2が配置された空間内で参照マイク2よりも騒音源1から離れた位置に配置されている。騒音sは騒音源1からエラーマイク10まで伝達特性G1により伝達される。
エラーマイク10は、騒音sおよび制御音を含む空間内の音を集音する。詳細に説明すると、エラーマイク10は、空間内における制御対象音sとスピーカ9から発せられた制御音(スピーカ9の出力が、スピーカ9からエラーマイク10までの経路特性G4(二次経路)を通過した後の音)とが合成された合成音を集音する。アンプ11はエラーマイク10により集音された合成音の信号である誤差信号eを増幅する。アンプ11のゲイン(マイクゲイン)をH3とする。
LMS12は、フィルタ7の伝達特性(H3G4H2)を用いて、アンプ11により増幅された誤差信号eを最小にするように適応フィルタ(C)6を更新する。
すなわち、LMS12は、乗算器5により第1係数kaが乗算された加工参照信号r’がフィルタ7を通過して得られる補助信号iに基づいて、アンプ11を通じて取得した誤差信号eを最小にするように適応フィルタ(C)6を更新する。
ここで、この実施形態の能動消音装置の機能を説明する。
参照マイク2及びエラーマイク10のマイクゲインは、それぞれH1,H3であり、スピーカ9のアンプ8のゲインはH2である。
参照マイク2及びエラーマイク10のマイクゲインは、それぞれH1,H3であり、スピーカ9のアンプ8のゲインはH2である。
更新機構20の適応フィルタ(C)6の伝達特性は、理想的には、−G1/(G2H1kaH2G4)という式で表すことができる。この能動消音装置では、騒音源1に近い参照マイク2のマイクゲイン(アンプ3のゲインH1)はエラーマイク10のマイクゲイン(アンプ11のゲインH3)に比べて小さく設定されている(H1<H3)。
参照マイク2のマイクゲインH1は、適応フィルタ(C)6の伝達特性を設定する上で上記式の分母に含まれるため、マイクゲインH1の値が小さい場合、更新機構20における適応フィルタ(C)6のインパルス応答の片振幅は大きくなり、振幅を定常状態に収束させるのに時間かがることになる。
そこで、本実施形態では、アンプ3から出力される参照信号をA/D変換器4がデジタル信号に変換した上で、そのデジタル信号を乗算器5がka倍(ka>1)し、加工参照信号r’として適応フィルタ(C)6およびフィルタ7へ出力するよう回路を構成している。
このようにデジタル化した参照信号をka倍して大きい値にすることで、更新機構20における適応フィルタ(C)6のインパルス応答の片振幅が小さくなり、信号の収束を早めることができる。また更新誤りからも早い回復が可能になり、更新機構20における適応フィルタ6による制御効果が早く得られるようになる。
このようにこの第1の実施形態によれば、アンプ3と更新機構20との間にA/D変換器4と乗算器5を配置し、アンプ3を通じた参照信号をデジタル化した上でka倍して大きい値にするので、参照マイク2のマイクゲイン(アンプ3のH1)を低く設定した場合であってもLMS12、適応フィルタ(C)6およびフィルタ7を含む更新機構20が行う適応更新動作において、制御効果が得られる定常状態に到達するまで時間を短縮することができる。
(第2実施形態)
図2は第2実施形態の能動消音装置(直接法)の概要を示す図である。なお、図2において、図1と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。また図2において、記号の上に付している「^」はハットと称し推定値を意味する。但し記載の都合上、以下の文章中においては「^」を「h」として記載する。
図2は第2実施形態の能動消音装置(直接法)の概要を示す図である。なお、図2において、図1と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。また図2において、記号の上に付している「^」はハットと称し推定値を意味する。但し記載の都合上、以下の文章中においては「^」を「h」として記載する。
図2に示すように、第2実施形態の能動消音装置は、A/D変換器12、第2乗算器としての乗算器13および更新機構21を有する。この第2実施形態は、更新機構21として直接法で構成したものを用いた能動消音の例である。
A/D変換器12および乗算器13は、アンプ11と更新機構21との間に介挿されている。A/D変換器12は、エラーマイク10により集音され、アンプ11を通じて入力された誤差信号e(アナログの音信号)をデジタルの参照信号に変換する。
乗算器13には、予め1よりも小さい値の第2係数kbが設定されている(1>kb)。第2係数kbに設定する「1よりも小さい値」としては、例えば参照信号と誤差信号eの片振幅の比が2/3または1/2などの値とする。片振幅の比以外に、例えば周波数毎のゲインの比であってもよい。
また、ANC制御を行っていない状況において、騒音から参照マイク、エラーマイク10それぞれに到達する信号である、参照信号と誤差信号の片振幅(周波数ごとのゲインでもよい)の比が2:1から3:1程度となるように第1係数ka、第2係数kbを設定する方法もある。
乗算器13は、A/D変換器12により変換されたデジタルの誤差信号eに第2係数kbを乗算して加工誤差信号ebを生成し更新機構21に出力する。
更新機構21は、フィルタ(Ch)22、フィルタ(Kh)28、適応フィルタ(Kh)23、適応フィルタ(Dh)26、適応フィルタ(Ch)29、LMS25,27,31、仮想誤差算出器24,30などを有する。
フィルタ(Ch)22は、加工参照信号r’を入力し、制御信号uを出力するフィルタである。フィルタ(Ch)22の理想的な伝達特性は、−G1/(G2H1kaH2G4)である。具体的には、フィルタ(Ch)22は、乗算器5から入力された加工参照信号r’を基に制御音を発音するための制御信号uを生成しアンプ8、適応フィルタ(Kh)23およびLSM25へ出力する。すなわちフィルタ(Ch)22は、加工参照信号r’を用いて騒音sを打ち消す制御音を発生するための制御信号uを生成する第1デジタルフィルタである。
適応フィルタ(Kh)23は、制御信号uを入力し、第1仮想信号zを出力する適応フィルタである。適応フィルタ(Kh)23の理想的な伝達特性は、制御信号uからエラーマイク10を通り乗算器13までの経路である2次経路(H2G4H3kb)に対応する-H2G4H3kbである。つまり適応フィルタ(Kh)23は、2次経路の伝達特性に対応する伝達特性(−H2G4H3kb)を同定するためのフィルタである。
すなわち適応フィルタ(Kh)23は、制御信号uを入力し、理想的にはスピーカ9からエラーマイク10を通り乗算器13に至る2次経路の伝達特性(H2G4H3kb)に対応する伝達特性(−H2G4H3kb)で第1仮想信号zを出力するために、エラーマイク10に到達するスピーカ9からの制御音の推定信号を生成する第2デジタルフィルである。
適応フィルタ(Dh)26は、加工参照信号r’を入力し、第2仮想信号yを出力する手適応フィルタである。適応フィルタ(Dh)26の理想的な伝達特性は、乗算器5からエラーマイク10を通り乗算器13までの経路の伝達特性(G1H3kb/G2H1ka)である。つまり適応フィルタ(Dh)26は、乗算器5からエラーマイク10を通り乗算器13までの経路の伝達特性(G1H3kb/G2H1ka)を同定するためのフィルタである。
適応フィルタ(Dh)26は、加工参照信号r’を入力し、理想的には伝達特性(G1H3kb/G2H1ka)で第2仮想信号yを出力するために、エラーマイク10に到達する騒音sの推定信号である第2仮想信号yを生成する第3デジタルフィルタである。
フィルタ(Kh)28は、加工参照信号r’を入力し、第3仮想信号xを出力するフィルタである。フィルタ(Kh)28の理想的な伝達特性は、制御信号uからエラーマイク10を通り乗算器13までの経路である2次経路(H2G4H3kb)に対応する-H2G4H3kbである。つまりフィルタ(Kh)28は、2次経路の伝達特性に対応する伝達特性(−H2G4H3kb)を同定するためのフィルタである。すなわちフィルタ(Kh)28は、加工参照信号r’を入力し、理想的には2次経路の伝達特性に対応する伝達特性(−H2G4H3kb)で第3仮想信号xを出力するために、Filtered-xにおけるフィルタ7に対応する第4デジタルフィルタである。
適応フィルタ(Ch)29は、第3仮想信号xを入力し、第4仮想信号wを出力する適応フィルタである。適応フィルタ(Ch)29の理想的な伝達特性は、−G1/(G2H1kaH2G4)である。このフィルタ29(Ch)は、伝達特性−G1/(G2H1kaH2G4)を同定するためのフィルタである。適応フィルタ(Ch)29は、伝達特性−G1/(G2H1kaH2G4)を同定するために、第3仮想信号xを入力し、エラーマイク10に到達するスピーカ9からの制御音の推定信号である第4仮想信号wを生成する第5デジタルフィルタである。
仮想誤差算出器24は、第1仮想信号zと第2仮想信号yとの差分をとり、乗算器13から入力された加工誤差信号ebを加算することで仮想誤差信号e1を生成する。仮想誤差算出器30は、第2仮想信号yと第4仮想信号wとの差分をとり仮想誤差信号e2を生成する。仮想誤差算出器32は、仮想誤差信号e1と仮想誤差信号e2との差分をとって生成した差分信号e3をLMS27に出力する。
すなわち仮想誤差算出器24,30,32などは、乗算器13から出力された誤差信号eb、第1仮想信号z、第2仮想信号y、第3仮想信号x、第4仮想信号wに基づいて仮想誤差信号e1,e2を生成する仮想誤差信号生成部として機能する。
LMS25は、LMSアルゴリズムを適用して、第1仮想誤差信号e1をゼロにするように適応フィルタ(Kh)23を更新する。具体的には、LMS25は、制御信号uおよび第1仮想誤差e1に基づいてLMSアルゴリズムを適用することにより適応フィルタ(Kh)23を更新する。
LMS27は、LMSアルゴリズムを適用して、仮想誤差信号e1,e2をゼロにするように適応フィルタ(Dh)26を更新する。具体的には、LMS27は、加工参照信号rおよび差分信号e3に基づいてLMSアルゴリズムを適用することにより適応フィルタ(Dh)26を更新する。
LMS31は、LMSアルゴリズムを適用して、仮想誤差信号e2をゼロにするように適応フィルタ(Ch)29を更新する。具体的には、LMS31は、第3仮想信号xおよび仮想誤差信号e2に基づいてLMSアルゴリズムを適用することにより適応フィルタ(Ch)29を更新する。
ここで、この第2実施形態の能動消音装置の機能を説明する。
上記第1実施形態で説明した能動消音装置は、Filtered−xという直接法ではない適応アルゴリズムを用いるため、伝達特性G4を同定する必要があるが、この第2実施形態では、直接法の適応アルゴリズムを用いるため、伝達特性G4を同定する必要がない。
上記第1実施形態で説明した能動消音装置は、Filtered−xという直接法ではない適応アルゴリズムを用いるため、伝達特性G4を同定する必要があるが、この第2実施形態では、直接法の適応アルゴリズムを用いるため、伝達特性G4を同定する必要がない。
具体的には、直接法の適応アルゴリズムを用いることで、伝達特性G4に相当する適応フィルタを設置しておき、当該適応フィルタを適応アルゴリズムによって更新することで、当該適応フィルタをそのときどきで変化する伝達特性G4に適応させることができる。
この能動消音装置では、加工参照信号r’、制御信号u、誤差信号eb、適応フィルタ(Ch)29、適応フィルタ(Kh)23、適応フィルタ(Dh)26を用いて、第1仮想誤差算出器24および第2仮想誤差算出器30のそれぞれにおいて、第1仮想誤差e1および第2仮想誤差e2それぞれを算出する。
そして、LMS25,27,31は、算出された第1仮想誤差e1および第2仮想誤差e2に基づくLMSアルゴリズムにより、対応する適応フィルタ(適応フィルタ(Kh)23、適応フィルタ(Dh)26、適応フィルタ(Ch)29)をそれぞれ更新する。特に適応フィルタ(Kh)23が制御中に2次経路中の伝達特性(H2G4H3kb)に対応する伝達特性(−H2G4H3kb)を適応的に同定するので、Filtered−xのように2次経路の伝達特性を事前に同定しておく必要がない。
このようにこの第2の実施形態によれば、アンプ3と更新機構20との間にA/D変換器4と乗算器5を配置し、A/D変換器4によりデジタル化した参照信号rをka倍して大きい値にすること、またアンプ11と更新機構21との間にA/D変換器12と乗算器13を配置し、アンプ11を通じた誤差信号eをデジタル化した上でkb倍して小さい値にすることで、フィルタ(Ch)22、適応フィルタ(Kh)23、適応フィルタ(Dh)26、フィルタ(Kh)28、適応フィルタ29それぞれの理想的な伝達特性における分母・分子の関係から、更新機構21におけるフィルタ(Ch)22、適応フィルタ(Kh)23、適応フィルタ(Dh)26、フィルタ(Kh)28、適応フィルタ(Ch)29それぞれのインパルス応答の片振幅が小さくなり、信号の収束を早めることができる、また更新誤りからも早い回復が可能になり、更新機構21による制御効果が早く得られるようになる、などといった効果が得られる。
この結果、参照マイク2のマイクゲイン(アンプ3のH1)を低く設定した場合であっても直接法により更新機構21が行う適応更新動作の制御効果が得られる定常状態に到達するまで時間を短縮することができる。
なおこの第2の実施形態では、直接法の更新機構21を用いたことで、Filtered−xのように予め2次経路の伝達特性を同定しておく必要がないため、騒音源1またはスピーカ9(2次音源)からエラーマイク10までの空間伝達特性(各音がエラーマイク10に届く経路)が変化するような自由空間(音響環境)で有効である。空間伝達特性は音響特性ともいう。
またアンプ11と更新機構20との間にA/D変換器12と乗算器13を配置し、アンプ12を通じた誤差信号eをデジタル化した上でそのデジタルの誤差信号eを定数kb(1>kb)倍して小さい値にすることで、騒音源1から比較的遠いエラーマイク10のマイクゲイン(アンプ11のH3)を高く設定した場合であっても更新機構21が行う適応更新動作の制御効果が得られる定常状態に到達するまで時間を短縮することができる。
(実験結果)
以下、図3乃至図10を参照して上記第1実施形態および第2実施形態の構成を適用して騒音の消音効果を確認するためのシミュレーション実験をした結果を説明する。
以下、図3乃至図10を参照して上記第1実施形態および第2実施形態の構成を適用して騒音の消音効果を確認するためのシミュレーション実験をした結果を説明する。
二次経路を任意の自由空間に設定しその自由空間において、図3,4に示すような特性データを取得した。図3はFIRフィルタにおける二次経路のインパルス応答を示す特性図である。同図の横軸はタップの数、縦軸はフィルタ係数値である。図4は二次経路における周波数とゲインの関係を示す特性図である。
図3,図4の特性データを用いてシミュレーションを行い、本実施形態の妥当性を考察する。シミュレーションを行うにあたり、参照信号、誤差信号間の伝達特性は単純な遅れ特性とする。設定としては、FIR表記において(0,…0,0.4,0,0)とした(0.4となる箇所は20タップ目(サンプリング周波数は10KHz))。これは平面波などで生じる現象のため特別な状況ではない。
制御対象の騒音Sは、図5に示すような打撃音(一般的なもの)とし、この打撃音が連続して生じる場合の直接法のシミュレーション結果を以下に示す。
図6は自由空間で打撃を一定間隔(1〜2sec間隔)で行って騒音Sを一定間隔で10回発生させた場合について、ANCをOFFした実験結果を示す図であり、図7はANC をONした実験結果を示す図であり、図8はANCをON(ka)した実験結果を示す図である。つまり図6〜図8は3通りの実験結果を示している。
図9は実験結果(騒音Sの消音効果)を示す1/3オクターブ周波数解析図である。図9では、自由空間に発生させた音に対してANC OFF、ANC ON、ANC ON(ka)の3通りの実験をした結果を示したものである。
ANC OFFとは、ANCの機能が非動作の場合であり、ANC ONとはANCの機能を動作させかつ乗算器5をスルー(設定倍率ka=1)させた場合であり、ANC ON(ka)とはANCの機能を動作させかつ乗算器5の設定倍率ka>1とした場合である。なおこの例では乗算器5の設定倍率kaは5/3(約1.67)としている。
図9の1/3オクターブ周波数解析図では、打撃10回目の最後の波形の周波数分析結果は1/3オクターブ,分析周波数は250Hzから4kHzとなっている。図9において乗算器5を入れずにANCをONした周波数特性71に比べて、乗算器5を入れて参照信号を定数倍(ka倍)してANCをONした周波数特性72では、周波数が1kHz以下の帯域(バンド)において騒音の低減量が5dB程度向上していることがわかる。
このように3つの実験結果(図6〜図9)を比較して判るように、ANCをOFFした状態はもとより、ANCをONしていても、乗算器5にて参照信号を定数倍(5/3(約1.67倍)した場合は、乗算器5をスルー(ka=1)した場合に比べて、明らかに制御効果が増加しており、制御効果が生じるまでの時間が速くなっていることがわかる。
ちなみに参照信号を定数倍(ka倍)しなかった場合の打撃10回目における分析周波数における低減量のオーバーオール値は4.8dBであり、参照信号を定数倍(ka倍)した場合の値は6.3dBである。
図10,11は乗算器5の他に乗算器13の設定倍率kb=2/3とし、誤差信号を定数倍して実験した結果を示す図である。図10では、ANC OFFの場合に比べてANC ON(ka,kb)の場合の方が、信号の振幅が極めて速く減衰(収束)していることがわかる。図11の打撃10回目の最後の波形の周波数分析結果は、1/3オクターブ、分析周波数は250Hzから4kHzである。
この実験結果から、図11の周波数特性では、図9の周波数特性に比べて中域Q(点線で囲んだ範囲)の制御効果が向上していることが判る。この場合の分析周波数における低減量のオーバーオール値は6.0dBである。分析周波数全体のオーバーオール値は多少低下しているが、250Hzから1250Hzまでのオーバーオール値は18dBと、図9における15dBよりも向上している。このことよりも中域Qの制御効果が向上していることがわかる。
以上のことから、乗算器5にて参照信号に1より大きい値(ka>1)を乗算して定数倍すること、および乗算器13にて誤差信号についても1より小さい値(kb<1)を乗算して定数倍すること、いずれの場合であっても制御効果が向上することが判った。
また実験値(実験結果)から、参照信号と誤差信号の片振幅(周波数毎のゲインでもよい)の比は、2:1から3:1程度がよいことがわかった。
以上のように本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
上記実施形態では、第1実施形態にFiltered−xと1つの乗算器5の例を示し、第2実施形態に直接法と2つの乗算器5,13の例を示したが、Filtered−xと2つの乗算器5,13を組み合わせてもよく、直接法と1つの乗算器5を組み合わせてもよい。またFiltered−xと1つの乗算器13を組み合わせてもよく、直接法と1つの乗算器13を組み合わせてもよい。
上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体:electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばCD−ROM等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア:Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
1…騒音源
2…参照マイク
3,8,11…アンプ
4,12…A/D変換器
5,13…乗算器
6…適応フィルタ(C)
7…フィルタ
9…スピーカ
10…エラーマイク
20,21…更新機構
22…フィルタ(Ch)
23…適応フィルタ(Kh)
26…適応フィルタ(Dh)
28…フィルタ(Kh)
29…適応フィルタ(Ch)
24,30,32…仮想誤差算出器
25,27,31…LMS(フィルタ更新部)
2…参照マイク
3,8,11…アンプ
4,12…A/D変換器
5,13…乗算器
6…適応フィルタ(C)
7…フィルタ
9…スピーカ
10…エラーマイク
20,21…更新機構
22…フィルタ(Ch)
23…適応フィルタ(Kh)
26…適応フィルタ(Dh)
28…フィルタ(Kh)
29…適応フィルタ(Ch)
24,30,32…仮想誤差算出器
25,27,31…LMS(フィルタ更新部)
Claims (7)
- 主音源から発せられた制御対象音を集音しアナログの参照信号として出力する第1マイクと、
前記第1マイクから出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換する変換部と、
前記変換部により変換されたデジタルの参照信号に1よりも大きい第1係数を乗算する第1乗算器と、
前記第1乗算器により前記第1係数が乗算された参照信号から、前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するフィルタと、
前記制御信号を制御音として発音する2次音源と、
前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音する第2マイクと、
前記第2マイクにより集音された合成音である誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するフィルタ更新部と
を具備する消音装置。 - 主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する第1マイクと、
前記第1マイクから出力された参照信号から、前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するフィルタと、
前記制御信号を制御音として発音する2次音源と、
前記空間内における前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音する第2マイクと、
前記第2マイクにより集音された合成音である誤差信号に1よりも小さい第2係数を乗算する第2乗算器と、
前記第2乗算器により第2係数が乗算された誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するフィルタ更新部と
を具備する消音装置。 - 主音源から発せられた制御対象音を集音し参照信号として出力する第1マイクと、
前記第1マイクから出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換する変換部と、
前記変換部により変換されたデジタルの参照信号に1よりも大きい第1係数を乗算する第1乗算器と、
前記第1乗算器により前記第1係数が乗算された参照信号から、前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するフィルタと、
前記制御信号を制御音として発音する2次音源と、
前記空間内における前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音する第2マイクと、
前記第2マイクにより集音された合成音である誤差信号に1よりも小さい第2係数を乗算する第2乗算器と、
前記第2乗算器により第2係数が乗算された誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するフィルタ更新部と
を具備する消音装置。 - 前記フィルタが、Filtered−xまたは直接法により構成される請求項1乃至3いずれか1項に消音装置。
- 前記2次音源から前記第2マイクに至る2次経路の伝達特性を有するデジタルフィルタをさらに備え、
前記フィルタ更新部は、
前記第1乗算器により前記第1係数が乗算された参照信号が前記デジタルフィルタを通過して得られる補助信号に基づいて前記誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新する請求項1乃至3いずれか1項に記載の消音装置。 - 前記フィルタが、
前記参照信号を用いて前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成する第1デジタルフィルタと、
前記2次音源から前記第2マイクに至る2次経路の伝達特性を同定し、前記制御信号を用いて前記第2マイクに到達する前記2次音源からの制御音の推定信号を生成する第2デジタルフィルタと、
前記第1マイクと前記第2マイクと間の伝達特性を同定し、前記参照信号を用いて前記第2マイクに到達する制御対象音の推定信号yを生成する第3デジタルフィルタと、
前記2次経路の伝達特性を同定し、前記参照信号を用いて補助信号xを生成する第4デジタルフィルタと、
前記補助信号xを用いて、前記第2マイクに到達する前記2次音源からの制御音の推定信号wを生成する第5デジタルフィルタと、
前記第2マイクからの誤差信号eと前記第2デジタルフィルタから出力された制御音の推定信号zと前記第3デジタルフィルタから出力された制御対象音の推定信号yとを基に第1仮想誤差信号e1を生成する第1仮想誤差信号生成部24と、
前記第3デジタルフィルタから出力された制御対象音の推定信号と前記第5デジタルフィルタから出力された制御対象音の信号wとを基に第2仮想誤差信号を生成する第2仮想誤差信号生成部と、
前記第1仮想誤差信号生成部により生成された第1仮想誤差信号と前記第2仮想誤差信号生成部により生成された第2仮想誤差信号との差分をとった差分信号を生成する差分信号生成部とを備え、
前記フィルタ更新部は、
前記第1仮想誤差信号e1、前記第2仮想誤差信号e2を最小にするように、前記第2、第3および第5デジタルフィルタを更新する請求項1乃至3いずれか1項に記載の消音装置。 - 主音源から発せられた制御対象音を集音しアナログの参照信号として出力するステップと、
出力されたアナログの参照信号をデジタルの参照信号に変換するステップと、
変換されたデジタルの参照信号に1よりも大きい第1係数を乗算するステップと、
前記第1係数が乗算された参照信号を基にフィルタが前記制御対象音を打ち消す制御音を発生するための制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を制御音として発音するステップと、
前記制御対象音と前記制御音が合成された合成音を集音するステップと、
集音した合成音である誤差信号を最小にするように前記フィルタを更新するステップとを有する消音方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013047302A JP2014174348A (ja) | 2013-03-08 | 2013-03-08 | 消音装置および消音方法 |
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JP2013047302A JP2014174348A (ja) | 2013-03-08 | 2013-03-08 | 消音装置および消音方法 |
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JP2014174348A true JP2014174348A (ja) | 2014-09-22 |
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- 2013-03-08 JP JP2013047302A patent/JP2014174348A/ja active Pending
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