JP2018169439A - アクティブ消音装置及びアクティブ消音方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブ消音装置において、制御領域内に誤差マイクを配置することなく、制御領域内において制御対象音を効率よくかつ、十分に打ち消す。【解決手段】第１適応フィルタ３１を介してスピーカ４の発音をフィードフォワード制御するアクティブ消音装置１に係る。このアクティブ消音装置１は、制御領域Ｒ外に配置されかつ、制御音と制御対象音とが合成された合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した領域外集音信号ｕ３を出力する誤差マイク５を備える。コントローラ３は、制御音によって制御領域Ｒにおいて制御対象音が打ち消されたときの、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅを同定する同定部３Ａと、参照マイク２及び誤差マイク５からの出力に基づき第１適応フィルタ３１を更新することにより、同定された伝達特性Ｃｅと一致するようにスピーカ４の発音をフィードフォワード制御する制御部３Ｂと、を有する。【選択図】図２

Description

ここに開示する技術は、アクティブ消音装置及びアクティブ消音方法に関する。

従来、アクティブ消音装置の一例として、主音源から発せられた制御対象音を検出すると共に、該検出結果に対応した参照信号を出力する参照マイクと、この算出信号を信号処理する適応フィルタと、適応フィルタの出力に対応した制御音を発する２次音源と、を備えた消音装置が知られている。この消音装置は、所定の制御領域に配置された誤差マイクによって制御音と制御対象音とが合成された合成音を検出すると共に、その検出結果に対応した誤差信号に基づいて適応フィルタを逐次的に更新する。適応フィルタを更新すると、２次音源から発せられる制御音が変化する。すなわち、適応フィルタを介して２次音源の発音が制御される。特に、誤差信号を最小にするように適応フィルタを更新すると、制御領域内において、制御音によって制御対象音を打ち消すことが可能になる。

特許文献１には、アクティブ消音装置の別例として、誤差マイク（マイクロホン）を制御領域（耳元）外に配置するものが開示されている。前述の周知例において、誤差マイクを制御領域外に配置した場合、誤差マイクにおいて検出される合成音は、制御領域において実際に検出される音とは異なることから、その合成音を消音するように適応フィルタを更新したとしても、制御領域内では十分に消音されない。そのため、消音性能の劣化を招くため不都合である。合成音と制御領域内で検出される音との差異は、各部を結ぶ伝達特性に反映される。

そこで、特許文献１に係るアクティブ消音装置は、当該文献の図１に示すように、誤差マイクの出力から適応フィルタ（アダプティブフィルタ）の出力を減算する減算器と、減算器の出力と適応フィルタの出力を加算する加算器と、加算器の出力を誤差信号として適応フィルタを更新するＬＭＳ演算器とを備えて構成されている。さらに、この消音装置は、適応フィルタと減算器との間に介設され、２次音源（スピーカ）から誤差マイクに至る伝達特性と等価な伝達関数を有するＦＩＲフィルタと、適応フィルタと加算器との間に介設され、２次音源から制御領域に至る伝達特性と等価な伝達関数を有するＦＩＲフィルタとを備えている。この構成によれば、合成音と制御領域内で検出される音との差異のうち、制御音の伝達特性に関連した部分を補正することができる。そのことで、消音性能の劣化を抑制することができる。

ところが、このような構成は、制御対象音の伝達特性に関連した部分が考慮されていないため、十分な消音性能が実現されているとは言い難い。そこで、前記特許文献１には、アクティブ消音装置のさらなる別例として、当該文献の図２３に示すように、主音源（騒音源）から誤差マイクに至る伝達特性と等価な伝達関数と、主音源から制御領域に至る伝達特性と等価な伝達関数との比を予め求め、その比を用いたＦＩＲフィルタによって誤差マイクの出力を調整する装置が開示されている。この構成によれば、合成音と制御領域で検出される音との差異のうち、制御対象音の伝達特性に関連した部分も補正することができる。そのことで、消音性能の劣化を十分に抑制することができる。

特許第３４２４３６６号公報

周知例のように、制御領域内に誤差マイクを配置すると、特に使用者の耳元を制御領域としたときに、耳元に誤差マイクを配置する必要があった。その場合、誤差マイクが使用者にとって邪魔になり、使用上の障害となる虞があった。

そこで、誤差マイクを制御領域から離れた位置に配置すると共に、前記特許文献１に開示された構成によって消音性能を確保することが考えられるが、このような構成は、計算量の抑制という観点からは好ましくない。

すなわち、前記特許文献１に開示された構成の場合、公知の構成において使用されるディジタルフィルタとは別に、少なくとも２つ（十分な消音性能を求める場合は３つ）のＦＩＲフィルタを設ける必要があるから、ＦＩＲフィルタの数を増やした分だけ、計算量がかさんでしまうため不都合である。

またそもそも、前記特許文献１に開示された構成の場合、制御対象音を十分に打ち消すためには、２次音源から誤差マイクに至る伝達特性、及び２次音源から制御領域に至る伝達特性に加えて、さらに主音源から誤差マイクに至る伝達特性と、主音源から制御領域に至る伝達特性とを予め求める必要があるため、手間がかかり不都合である。また一般に、主音源は様々な形態を取り得る。主音源の周囲の環境もまた、多岐にわたる。そのため、主音源を特定するのが困難であったり、主音源を特定したとしても、その周囲の環境次第では、主音源に係る伝達特性を求めることが出来ない場合がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アクティブ消音装置において、制御領域内に誤差マイクを配置することなく、制御領域内において制御対象音を効率よくかつ、十分に打ち消すことにある。

ここに開示する技術は、主音源から発せられた制御対象音を検出すると共に、該検出結果に対応した参照信号を出力する参照マイクと、前記参照信号を信号処理することにより制御信号を出力する適応フィルタを有しかつ、該適応フィルタを逐次的に更新可能に構成されたコントローラと、前記制御信号に対応した制御音を発する２次音源と、を備え、前記コントローラは、所定の制御領域内において前記制御対象音を打ち消すように、前記適応フィルタを介して前記２次音源の発音をフィードフォワード制御するよう構成されているアクティブ消音装置に係る。

前記アクティブ消音装置は、前記制御領域外に配置されかつ、前記制御音と前記制御対象音とが合成された合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した領域外集音信号を出力する誤差マイクを備える。

そして、前記コントローラは、前記制御音によって前記制御領域内において前記制御対象音が打ち消されたときの、前記参照マイクから前記誤差マイクに至る伝達特性を同定する同定部と、前記参照信号と前記領域外集音信号とに基づき前記適応フィルタを更新することにより、前記伝達特性と一致するように前記２次音源の発音をフィードフォワード制御する制御部と、を有する。

この構成によると、コントローラは、同定部を介して伝達特性を同定する。その後、コントローラは、予め同定した伝達特性と一致するように、制御部を介して第１適応フィルタを更新する。そのような更新が完了すると、伝達特性を同定したときの制御音、つまり、制御領域内において制御対象音が打ち消されたときの制御音が再現されるため、制御領域内にマイクを配置せずとも、制御領域内において制御対象音を十分に打ち消すことが可能になる。

また、前記の構成によると、制御部を実現する上で、公知の構成において使用されるものとは別に必要となるディジタルフィルタは、同定された伝達特性に対応するものに限られる。よって、例えば前記特許文献１に開示された構成と比較して、ディジタルフィルタの数を削減することができるから、そのことで、計算量を抑制することが可能になる。このことは、制御対象音を効率よく打ち消す上で有効である。

さらに、前記の構成によると、公知の構成において必要となる伝達特性に加えて、参照マイクから前記誤差マイクに至る伝達特性を同定すれば十分である。そのため、例えば前記特許文献１に開示された構成と比較して、同定するべき伝達特性の数が少ない分、使用者の手間を省くことができる。このことも、制御対象音を効率よく打ち消す上で有効である。

また、前記制御部は、前記伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタに、前記参照信号を入力するステップと、前記誤差マイクによって、前記領域外集音信号を出力するステップと、前記ディジタルフィルタから出力された信号と、前記領域外集音信号との差分を示す制御用誤差信号を最小にするように、前記適応フィルタを逐次的に更新するステップと、を実行する、としてもよい。

この構成によると、制御部は、同定部により同定された伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタからの出力を利用して、適応フィルタを更新する。この場合、適応フィルタの更新が完了すると、ディジタルフィルタからの出力と、前記誤差マイクからの出力とが実質的に一致するようになる。そうすると、同定部によって同定された伝達特性が再現されて、２次音源は、その伝達特性を同定したときと同様の制御音を発するようになる。こうして、制御領域内において制御対象音を打ち消すことが可能になる。

また、前記制御領域内に配置されかつ、前記合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した領域内集音信号を出力する同定用マイクを備え、前記同定部は、前記同定用マイクによって、前記領域内集音信号を出力するステップと、前記領域内集音信号を最小にするように、前記適応フィルタを逐次的に更新するステップと、前記領域内集音信号の最小化が完了したときに、前記伝達特性を同定するステップと、を実行する、としてもよい。

この構成によると、同定部は、領域内集音信号を最小にするように、適応フィルタを更新する。この場合、適応フィルタの更新が完了すると、２次音源から発せられた制御音によって、制御領域内において制御対象音を打ち消すことが可能になる。制御対象音を打ち消すことで、制御部によるフィードフォワード制御に必要な伝達特性を同定することが可能になる。

尚、伝達特性を同定する上で、制御領域内に同定用マイクを配置することが求められるところ、その同定用マイクは、制御部によるフィードフォワード制御には不要となる。ゆえに、制御部が制御対象音を打ち消すときに、同定用マイクが使用上の障害となる虞は無い。

前記コントローラは、前記参照信号を信号処理することにより同定信号を出力する第２の適応フィルタを有し、前記同定部は、前記第２の適応フィルタに前記参照信号を入力するステップと、前記誤差マイクによって、前記領域外集音信号を出力するステップと、前記同定信号と、前記領域外集音信号との差分を示す同定用誤差信号を最小にするように、前記第２の適応フィルタを逐次的に更新するステップと、前記領域内集音信号及び前記同定用誤差信号の最小化が両方とも完了したときに、前記第２の適応フィルタを、前記伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタとするステップと、を実行する、としてもよい。

この構成によると、同定部は、第２の同定用誤差信号を最小にするように、第２の適応フィルタを更新する。この場合、第２の適応フィルタの更新が完了すると、第２の適応フィルタから出力される同定信号は、誤差マイクから出力される信号と一致するようになる。そのとき、第２の適応フィルタは、参照マイクから誤差マイクに至る伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタに等しくなる。特に、適応フィルタ、及び第２の適応フィルタの更新が両方とも完了したときには、その第２の適応フィルタに対応する伝達特性は、制御領域内において制御対象音が打ち消されたときの、参照マイクから誤差マイクに至る伝達特性となる。こうして、制御部によるフィードフォワード制御に必要な伝達特性を同定することが可能になる。

また、前記制御領域は、使用者の両耳元付近の領域であって、前記同定部は、前記制御対象音が左右の耳元で同時に打ち消されたときに、前記伝達特性を左右別々に同定する、としてもよい。

従来、制御領域を使用者の耳元とした場合、耳元に誤差マイクを配置すると、その誤差マイクが使用者にとって邪魔になり、使用上の障害となる虞があった。

前記の構成によると、耳元から離れた位置に誤差マイクを配置することが可能になる。その一方で、耳元に誤差マイクを配置したときと同様に、制御対象音を消音することが可能になる。したがって、前記の方法は、制御領域を使用者の耳元とした場合に、取り分け有効となる。

さらに、前記の構成によると、同定部は、制御対象音が左右の耳元で同時に打ち消されたときに、前記伝達特性を左右別々に同定する。そうすると、例えば、右耳用の誤差マイクは、右耳用の制御音に加えて、左耳用の制御音も検出することになる。したがって、左右各々の伝達特性には、左右から発せられた制御音の影響が、両方とも反映されることになる。よって、例えば、伝達特性の同定を左右片側ずつ行うときと比較して、伝達特性をより適切に同定し、ひいては制御対象音を十分に消音することが可能になる。

ここに開示する別の技術は、主音源から発せられた制御対象音を検出すると共に、該検出結果に対応した参照信号を出力する参照マイクと、前記参照信号を信号処理することにより制御信号を出力する適応フィルタを有しかつ、該適応フィルタを更新可能に構成されたコントローラと、前記制御信号に対応した制御音を発する２次音源と、を備え、前記コントローラは、所定の制御領域内において前記制御対象音を打ち消すように、前記適応フィルタを介して前記２次音源の発音をフィードフォワード制御するよう構成されている消音装置を用いたアクティブ消音方法に係る。

前記消音装置は、前記制御領域外に配置されかつ、前記制御音と前記制御対象音とが合成された合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した信号を出力する誤差マイクを備える。

そして、前記アクティブ消音方法は、前記制御音によって前記制御領域内において前記制御対象音が打ち消されたときの、前記参照マイクから前記誤差マイクに至る伝達特性を同定する同定工程と、前記同定工程を行った後、前記参照マイク及び前記誤差マイクからの出力に基づき前記適応フィルタを更新することにより、前記伝達特性と一致するように前記２次音源の発音をフィードフォワード制御する制御工程と、を備える。

この方法によると、同定工程を行うことにより、伝達特性を予め同定しておく。その後、制御工程を行うことにより、同定工程において同定した伝達特性と一致するように、第１適応フィルタを更新する。そのように更新すると、伝達特性を同定したときの制御音、つまり、制御領域内において制御対象音が打ち消されたときの制御音が再現されるため、制御領域内にマイクを配置せずとも、制御領域内において制御対象音を打ち消すことが可能になる。

以上説明したように、前記のアクティブ消音方法によると、制御領域内に誤差マイクを配置することなく、その制御領域内において制御対象音を効率よくかつ、十分に打ち消すことが可能になる。

図１は、アクティブ消音装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、アクティブ消音装置のシステム構成を示すブロック図である。 図３は、アクティブ消音装置による消音効果を例示するグラフである。

以下、アクティブ消音装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は例示である。図１は、本実施形態に係るアクティブ消音装置（以下、単に「消音装置」という）１の構成を概略的に示す図である。また、図２は、消音装置１のシステム構成を示すブロック図である。

（全体構成）
消音装置１は、騒音源（主音源）Ｓから発せられた騒音（制御対象音）を、所定の制御領域内において消音するものである。消音装置１は、種々の物品に適用可能な装置である。具体的に、図１に示すような椅子（図１には、ヘッドレストに対応する部分のみを図示）１０に適用した場合、制御領域は、その椅子１０に着座した使用者Ｕの両耳元付近の領域Ｒｒ，Ｒｌとなる。本実施形態に係る消音装置１は、右耳元付近の制御領域Ｒｒと、左耳元付近の制御領域Ｒｌとの双方において、消音を実行するよう構成されている。

尚、以下の記載において、制御領域Ｒｒ，Ｒｌを左右で区別しないときには、単に「制御領域Ｒ」と総称することにする。逆に、他の左右一対の機能的要素において、それを左右で区別するときには、その符号に対して、適宜、小文字の“ｒ”又は“ｌ”を付すことにする。

具体的に、消音装置１は、騒音源Ｓから発せられた騒音を検出すると共に、その検出結果に対応した参照信号ｘを出力する参照マイク２と、参照信号ｘを信号処理することにより制御信号ｙを出力する第１適応フィルタ（適応フィルタ）３１を有しかつ、その第１適応フィルタ３１を逐次的に更新可能に構成されたコントローラ３と、制御信号ｙに対応した制御音を出力するスピーカ（２次音源）４と、を備えている。

尚、図１に示すように、参照マイク２は左右の制御領域Ｒｒ，Ｒｌで共有される一方、スピーカ４は、左右それぞれに設けられている。

コントローラ３は、前述の制御領域Ｒにおいて騒音を打ち消すように、第１適応フィルタ３１を介してスピーカ４の発音をフィードフォワード制御するよう構成されている。本実施形態に係るコントローラ３は、いわゆる適応制御を応用したアクティブノイズコントロール（特に、フィードフォワード方式のアクティブノイズコントロール）によって、消音に係る処理を実行する。

ところで、通常、前述の如きフィードフォワード制御を実行するには、参照マイク２とは別に、いわゆるエラーマイクによって騒音と制御音とが合成された合成音を検出することが求められる。

消音装置１は、そうしたエラーマイクとして、制御領域Ｒ外に常時配置される誤差マイク５と、制御領域Ｒ内に適宜配置される同定用マイク６と、を備えている。２種のエラーマイク５，６は、それぞれが配置された領域において、騒音と制御音とが合成された合成音を検出すると共に、それぞれの検出結果に対応した信号を出力するように構成されている。ここで、２種のエラーマイク５，６が配置された領域とは、誤差マイク５が配置された制御領域Ｒ外の領域と、同定用マイク６が配置された制御領域Ｒとを示す。さらに詳しくは、制御領域Ｒ外の領域とは、騒音と制御音との両方が影響を及ぼす領域のうち、特に、制御領域Ｒに含まれない領域を示す。

そして、コントローラ３は、参照マイク２からの出力と、２種のエラーマイク５，６からの出力とに基づいて、以下に示すアクティブ消音方法を実行する。

具体的に、本実施形態に係るアクティブ消音方法は、制御領域Ｒにおいて騒音を打ち消すための制御工程と、その制御工程を実行するための準備を行う同定工程と、を備えている。

ここで、同定工程は、参照マイク２及び同定用マイク６からの出力に基づき第１適応フィルタ３１を更新することにより、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されるようにスピーカ４の発音をフィードフォワード制御すると共に、そのフィードフォワード制御と並行して、参照マイク２及び誤差マイク５からの出力に基づき第２適応フィルタ（ディジタルフィルタ，第２の適応フィルタ）３２を更新することにより、制御音によって騒音が打ち消されたときの参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅを同定するものである。

一方、制御工程は、同定工程の後に行う工程であって、参照マイク２及び誤差マイク５からの出力に基づき第１適応フィルタ３１を更新することにより、同定工程において同定された伝達特性Ｃｅと一致するようスピーカ４の発音をフィードフォワード制御するものである。

尚、図１に示すように、誤差マイク５及び同定用マイク６は、スピーカ４と同様に左右それぞれに配置されている。

コントローラ３は、同定工程に対応したディジタル信号処理を実行する同定部３Ａと、制御工程に対応したディジタル信号処理を実行する制御部３Ｂとを有しており、同定部３Ａと制御部３Ｂとの間で、回路構成を切り替え可能とされている。

図示は省略するが、同定部３Ａ及び制御部３Ｂは、左右で１つずつ設けられている。各部３Ａ，３Ｂの構成は、左右で共通である。そして、コントローラ３は、騒音が左右の制御領域Ｒｒ，Ｒｌで同時に打ち消されたときに、伝達特性Ｃｅを左右別々に同定する。

例えば、右側の制御領域Ｒｒにおいて同定工程を実行するとき、コントローラ３は、参照マイク２からの出力、及び、右側の同定用マイク６ｒからの出力に基づいて、右側のスピーカ４ｒからの発音を制御する。このとき、右側の誤差マイク５ｒと、右側の同定用マイク６ｒとが検出する合成音には、右側のスピーカ４ｒから発せられた制御音ばかりでなく、左側のスピーカ４ｌから発せられた制御音の影響も加味されるようになっている。そして、同定部３Ａは、左右のスピーカ４ｒ，４ｌから発せられた制御音によって、左右の制御領域Ｒｒ，Ｒｌにおいて騒音が左右同時に打ち消されたときに、伝達特性Ｃｅを左右で個別に同定する。

以下、同定部３Ａ及び制御部３Ｂに関係する構成要素、及び、各部３Ａ，３Ｂの回路構成について詳細に説明する。尚、以下の説明は、左右一方の構成を示すものである。

（同定部に関する構成）
最初に、同定部３Ａに関する構成について説明する。この場合、コントローラ３には、前述の参照マイク２と、スピーカ４と、誤差マイク５と、同定用マイク６とが電気的に接続されている。

参照マイク２は、騒音源Ｓ付近に配置されたマイクロホンとして構成されている。参照マイク２は、騒音源Ｓから発せられた騒音を集音すると共に、集音した騒音に対応したアナログ信号を生成する。参照マイク２は、そのアナログ信号を、マイクアンプ（不図示）によって増幅した上で、Ａ／Ｄコンバータ（不図示）によってディジタルの参照信号ｘに変換する。そのようにして生成された参照信号ｘは、コントローラ３を構成する第１適応フィルタ３１、第２適応フィルタ３２、同定マイク２次経路フィルタ３３、及び第２更新部３６に入力される。

第１適応フィルタ３１は、所定の伝達関数Ｗを有する有限インパルス応答（Finite Impulse Response：ＦＩＲ）フィルタとして構成されている。第１適応フィルタ３１は、参照マイク２によって入力された参照信号ｘを信号処理する（具体的には、参照信号ｘをＷで畳み込む）ことにより、制御信号ｙを出力する。第１適応フィルタ３１から出力された制御信号ｙは、スピーカ４に入力される。

尚、第１適応フィルタ３１の各フィルタ係数は、外部からの入力に基づき逐次的に更新可能である。フィルタ係数を更新することによって、制御信号ｙの波形を変更することができる。

スピーカ４は、いわゆる発音器として構成されており、参照マイク２と比較すると、騒音源Ｓから離れかつ制御領域Ｓに近い位置に配置されている。具体的に、本実施形態に係るスピーカ４は、図１に示すように、椅子１０のヘッドレスに内蔵されている。スピーカ４は、第１適応フィルタ３１から入力された制御信号ｙを増幅した上で、その波形に対応した制御音を発音する。スピーカ４から発せられた制御音は、制御領域Ｒの内外において騒音と干渉する。そうした干渉の影響は、制御音と騒音とが合成された合成音として、制御領域Ｒでは同定用マイク６によって検出される一方、制御領域Ｒ外では誤差マイク５によって検出されるようになっている。

同定用マイク６は、コントローラ３に対して着脱自在なマイクロホンとして構成されており、騒音と制御音との両方が影響を及ぼす領域のうち、特に制御領域Ｒ内に配置されるようになっている。同定用マイク６は、制御領域Ｒにおいて合成音を集音すると共に、集音した合成音に対応したアナログ信号を生成する。同定用マイク６は、そのアナログ信号を、マイクアンプ（不図示）によって増幅した上で、Ａ／Ｄコンバータ（不図示）によってディジタルの領域内集音信号ｕ１に変換する。そのようにして生成された領域内集音信号ｕ１は、コントローラ３の第１更新部３４に入力される。

前述の如く、参照マイク２から出力された参照信号ｘは、同定マイク２次経路フィルタ３３にも入力される。同定マイク２次経路フィルタ３３は、スピーカ４から同定用マイク６に至る２次経路の伝達特性Ｃｖと等価な伝達関数Ｃｖ＾を有するＦＩＲフィルタとして構成されている。同定マイク２次経路フィルタ３３は、参照信号ｘを信号処理する（具体的には、参照信号ｘをＣｖ＾で畳み込む）ことにより、同定マイク用濾波参照信号ｕ２を出力する。同定マイク２次経路フィルタ３３から出力された同定マイク用濾波参照信号ｕ２は、領域内集音信号ｕ１と同様に、第１更新部３４に入力される。

第１更新部３４は、いわゆるＬＭＳ（Least Mean Square）演算器として構成されており、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第１適応フィルタ３１のフィルタ係数を更新する。具体的に、第１更新部３４は、同定マイク用濾波参照信号ｕ２と、領域内集音信号ｕ１とに基づいて、誤差信号としての領域内集音信号ｕ１を最小にするようにフィルタ係数を更新する。

ここで、コントローラ３が同定部３Ａを介して行う処理のうち、同定用マイク６に関する信号処理のフローについて説明する。まず、参照マイク２は、騒音を検出すると共に、その検出結果に対応した参照信号ｘを出力する。第１適応フィルタ３１は、その参照信号ｘを信号処理することにより制御信号ｙを出力する。スピーカ４は、その制御信号ｙに対応した制御音を発する。同定用マイク６は、その制御音と騒音との合成音を制御領域Ｒにおいて検出すると共に、その検出結果に対応した領域内集音信号ｕ１を出力する。第１更新部３４は、参照信号ｘを同定マイク２次経路フィルタ３３によって信号処理することにより生成された同定マイク用濾波参照信号ｕ２と、領域内集音信号ｕ１とに基づいて、その領域内集音信号ｕ１を最小にするように、第１適応フィルタ３１のフィルタ係数を更新する。

第１適応フィルタ３１のフィルタ係数を更新すると、制御信号ｙの波形が変更されて、そのことで、スピーカ４から発せられる制御音の波形が調整される。制御音の波形が調整されると、領域内集音信号ｕ１の波形が変動する。そして、領域内集音信号ｕ１の最小化が完了すると、制御領域Ｒにおいて集音される合成音も最小となる。このことは、制御音の波形が、騒音を打ち消すような波形（具体的には、騒音に対して逆位相の波形）に調整されたに等しい。

このように、同定部３Ａは、参照マイク２及び同定用マイク６からの出力に基づいて、制御領域Ｒにおいて騒音を打ち消す。加えて、この同定部３Ａは、以下で詳述するように、騒音の打ち消しが完了したときに、所望の伝達特性Ｃｅを同定するように構成されている。

前述のように、スピーカ４から発せられた制御音は、制御領域Ｒ外では誤差マイク５によって検出される。具体的に、誤差マイク５は、コントローラ３に接続されたマイクロホンとして構成されており、制御領域Ｒ外の領域に配置されるようになっている。ここで、制御領域Ｒ外の領域とは、騒音と制御音との両方が影響を及ぼす領域において、特に、制御領域Ｒに含まれない領域を示す。本実施形態に係る誤差マイク５は、椅子１０のヘッドレストに内蔵されている。誤差マイク５は、制御領域Ｒ外において合成音を集音すると共に、集音した合成音に対応したアナログ信号を生成する。誤差マイク５は、そのアナログ信号を、マイクアンプ（不図示）によって増幅した上で、Ａ／Ｄコンバータ（不図示）によってディジタルの領域外集音信号ｕ３に変換する。そのようにして生成された領域外集音信号ｕ３は、コントローラ３の減算器３５に入力される。

第２適応フィルタ３２は、伝達関数Ｈを有するＦＩＲフィルタとして構成されている。第２適応フィルタ３２は、参照マイク２から入力された参照信号ｘを信号処理する（具体的には、参照信号ｘをＨで畳み込む）ことにより、同定信号ｕ４を出力する。この同定信号ｕ４は、減算器３５に入力される。

減算器３５は、領域外集音信号ｕ３から同定信号ｕ４を減算した差分に相当する差分信号（同定用誤差信号）Δｕを出力する。この差分信号Δｕは、第２更新部３６に入力される。

尚、第２適応フィルタ３２の各フィルタ係数は、外部からの入力に基づき逐次的に更新可能である。フィルタ係数を更新することによって、同定信号ｕ４の波形を変更することができる。

第２更新部３６は、第１更新部３４と同様のＬＭＳ演算器として構成されており、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第２適応フィルタ３２のフィルタ係数を更新する。具体的に、第２更新部３６は、参照信号ｘと、誤差信号としての差分信号Δｕとに基づいて、その差分信号Δｕを最小にするようにフィルタ係数を更新する。

ここで、コントローラ３が同定部３Ａを介して行う処理のうち、誤差マイク５に関する信号処理のフローについて説明する。まず、参照マイク２は、騒音を検出すると共に、その検出結果に対応した参照信号ｘを第２適応フィルタ３２及び第２更新部３６に入力する。第２適応フィルタ３２は、その参照信号ｘを信号処理することにより同定信号ｕ４を出力する。一方、誤差マイク５は、合成音を制御領域Ｒ外において検出する共に、その検出結果に対応した領域外集音信号ｕ３を出力する。減算器３５は、同定信号ｕ４と、領域外集音信号ｕ３との差分を示す差分信号Δｕを生成し、第２更新部３６に入力する。第２更新部３６は、参照信号ｘと差分信号Δｕとに基づいて、その差分信号Δｕを最小にするように、第２適応フィルタ３２のフィルタ係数を更新する。

第２適応フィルタ３２のフィルタ係数を更新すると、それに伴い、同定信号ｕ４の波形が調整される。そして、差分信号Δｕの最小化が完了すると、同定信号ｕ４の波形は、領域外集音信号ｕ３の波形と略一致する。このとき、第２適応フィルタ３２は、その伝達関数Ｈが、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅと等価になるよう調整されたに等しい。

特に、差分信号Δｕの最小化ばかりでなく、領域内集音信号ｕ１の最小化も完了したときに、第２適応フィルタ３２を、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの伝達特性Ｃｅと等価な伝達関数Ｈを有するディジタルフィルタとすることが可能になる。尚、伝達特性Ｃｅの同定が完了した後に、参照信号ｘを第２適応フィルタ３２によって信号処理すると、第２適応フィルタ３２から出力される信号は、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの領域外集音信号ｕ３と実質的に等しくなる。

このように、同定部３Ａは、参照マイク２及び誤差マイク５からの出力に基づいて、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅを同定する。

（制御部に関する構成）
次に、制御部３Ｂに関する構成について説明する。この場合、コントローラ３には、参照マイク２と、スピーカ４と、誤差マイク５とが電気的に接続されている。同定用マイク６は、コントローラ３から取り外されている。尚、以下の説明において、同定部３Ａに関する構成と重複する部分については、適宜、省略する。

同定部３Ａの場合と同様に、参照マイク２は、騒音を検出すると共に、その検出結果に対応した参照信号ｘを出力する。同定部３Ａとは異なり、参照マイク２から出力された参照信号ｘは、第１適応フィルタ３１、誤差マイク２次経路フィルタ３７、及び第２適応フィルタ３２に入力されるようになっている。

第１適応フィルタ３１は、参照信号ｘを信号処理することにより制御信号ｙを生成し、スピーカ４に入力する。スピーカ４は、その制御信号ｙに対応した制御音を発音する。スピーカ４から発せられた制御音は、制御音と騒音とが合成された合成音として、制御領域Ｒ外において誤差マイク５によって検出される。

誤差マイク５は、制御領域Ｒ外において合成音を集音すると共に、集音した合成音に対応した領域外集音信号ｕ３を生成して出力する。この領域外集音信号ｕ３は、同定部３Ａと同様に、減算器３５に入力される。

第２適応フィルタ３２は、前述の同定工程においては適応フィルタとして機能したものの、この制御工程においては、単に伝達特性Ｃｅを実現するディジタルフィルタとして機能するようになっている。

詳しくは、第２適応フィルタ３２は、参照マイク２から入力された参照信号ｘを信号処理することにより、同定信号ｕ４を出力する。この同定信号ｕ４は、減算器３５に入力される。ここで、第２適応フィルタ３２が有する伝達関数Ｈは、同定部３Ａによって同定された伝達特性Ｃｅと等価である。よって、第２適応フィルタ３２から出力される同定信号ｕ４は、前述の如く、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの領域外集音信号ｕ３と実質的に等しい。

減算器３５は、領域外集音信号ｕ３から同定信号ｕ４を減算した差分に相当する差分信号Δｕを出力する。この差分信号Δｕは、同定部３Ａとは異なり、第２更新部３６ではなく第１更新部３４に入力される。

制御部３Ｂの場合、参照マイク２から出力された参照信号ｘは、誤差マイク２次経路フィルタ３７にも入力される。誤差マイク２次経路フィルタ３７は、スピーカ４から誤差マイク５に至る２次経路の伝達特性Ｃと等価な伝達関数Ｃ＾を有するＦＩＲフィルタとして構成されている。誤差マイク２次経路フィルタ３７は、参照信号ｘを信号処理することにより、誤差マイク用濾波参照信号ｕ５を出力する。誤差マイク２次経路フィルタ３７から出力された誤差マイク用濾波参照信号ｕ５は、差分信号Δｕと同様に、第１更新部３４に入力される。

第１更新部３４は、同定部３Ａとは異なり、誤差マイク用濾波参照信号ｕ５と、差分信号Δｕとに基づいて、誤差信号としての差分信号Δｕを最小にするように、第１適応フィルタ３１のフィルタ係数を更新する。

ここで、コントローラ３が制御部３Ｂを介して行う処理のフローについて説明する。まず、参照マイク２は、騒音を検出すると共に、その検出結果に対応した参照信号ｘを第１適応フィルタ３１、誤差マイク２次経路フィルタ３７、及び第２適応フィルタ３２に入力する。第１適応フィルタ３１は、参照信号ｘに基づき生成した制御信号ｙを出力すると共に、スピーカ４は、その制御信号ｙに対応した制御音を発する。誤差マイク５は、その制御音と騒音との合成音を制御領域Ｒ外において検出すると共に、その検出結果に対応した領域外集音信号ｕ３を出力する。その一方で、第２適応フィルタ３２は、参照信号ｘを信号処理することにより同定信号ｕ４を出力する。減算器３５は、同定信号ｕ４と、領域外集音信号ｕ３との差分を示す差分信号Δｕを生成し、第１更新部３４に入力する。第１更新部３４は、参照信号ｘを誤差マイク２次経路フィルタ３７によって信号処理することにより生成された誤差マイク用濾波参照信号ｕ５と、差分信号Δｕとに基づいて、その差分信号Δｕを最小にするように、第１適応フィルタ３１のフィルタ係数を更新する。

第１適応フィルタ３１のフィルタ係数を更新すると、制御信号ｙの波形が変更されて、そのことで、スピーカ４から発せられる制御音の波形が調整される。制御音の波形が調整されると、領域外集音信号ｕ３、ひいては差分信号Δｕの波形が変動する。そして、差分信号Δｕの最小化が完了すると、領域外集音信号ｕ３は、同定信号ｕ４と略一致することになる。ここで、同定信号ｕ４が、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの領域外集音信号ｕ３と略一致することを考慮すると、差分信号Δｕの最小化が完了したということは、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅが、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの特性に一致したに等しい。このとき、スピーカ４は、その伝達特性Ｃｅを同定したとき、つまり、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときと同様の制御音を発するようになる。

（まとめ）
以上説明したように、コントローラ３は、制御音によって制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅを同定する同定部３Ａと、同定部３Ａが伝達特性を同定した後に、参照マイク２及び誤差マイク５からの出力に基づき第１適応フィルタ３１を更新することにより、伝達特性Ｃｅと一致するようにスピーカ４の発音をフィードフォワード制御する制御部３Ｂとを有する。

この方法によると、コントローラ３は、同定部３Ａを介した同定工程によって、伝達特性Ｃｅを予め同定しておく。その後、コントローラ３は、制御部３Ｂを介した制御工程によって、同定工程において同定した伝達特性Ｃｅと一致するように、第１適応フィルタ３１を更新する。そのように更新すると、伝達特性Ｃｅを同定したとき、つまり、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの制御音が再現されるため、制御領域Ｒ内にマイクを配置せずとも、制御領域Ｒにおいて騒音を打ち消すことが可能になる。

また、前記の構成によると、制御部３Ｂは、同定工程において同定された伝達特性Ｃｅと等価な伝達関数Ｈを有する第２適応フィルタ３２からの出力を利用して、第１適応フィルタ３１を更新する。この場合、第１適応フィルタ３１の更新が完了すると、第２適応フィルタ３２から出力された同定信号ｕ４と、誤差マイク５から出力された領域外集音信号ｕ３とが実質的に一致する。そうすると、同定工程において同定された伝達特性Ｃｅが再現されて、スピーカ４は、その伝達特性Ｃｅを同定したときと同様の制御音を発するようになる。こうして、制御領域Ｒにおいて騒音を打ち消すことが可能になる。

また、前記の構成によると、同定部３Ａは、領域内集音信号ｕ１を最小にするように、第１適応フィルタ３１を更新する。この場合、第１適応フィルタ３１の最小化が完了すると、スピーカ４から発せられた制御音によって、制御領域Ｒにおいて騒音を打ち消すことが可能になる。騒音を打ち消すことで、制御工程に必要な伝達特性Ｃｅを同定することが可能になる。

また、前記の構成によると、同定部３Ａは、差分信号Δｕを最小にするように、第２適応フィルタ３２を更新する。この場合、第２適応フィルタ３２の更新が完了すると、第２適応フィルタ３２から出力される同定信号ｕ４は、誤差マイク５から出力される領域外集音信号ｕ３と実質的に一致することになる。この場合、第２適応フィルタ３２は、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性Ｃｅと等価な伝達関数Ｈを有するディジタルフィルタに等しい。特に、第１適応フィルタ３１、及び第２適応フィルタ３２の更新が両方とも完了したとき、その伝達特性Ｃｅは、制御領域Ｒにおいて騒音が打ち消されたときの、参照マイク２から誤差マイク５に至る伝達特性となる。こうして、制御部３Ｂによるフィードフォワード制御に必要な伝達特性Ｃｅを同定することが可能になる。

従来、制御領域Ｒを使用者Ｕの耳元とした場合、耳元に誤差マイク５を配置する必要があった。その場合、誤差マイク５が使用者Ｕにとって邪魔になり、使用上の障害となる虞があった。

前記の方法によると、耳元から離れた位置（つまり、制御領域Ｒ外の位置）に誤差マイク５を配置することが可能になる。その一方で、耳元に誤差マイク５を配置したときと同様に、制御対象音を消音することが可能になる。したがって、前記の方法は、制御領域Ｒを使用者の耳元とした場合に、取り分け有効となる。

尚、同定工程を実施する上で、制御領域Ｒ内に同定用マイク６を配置することが求められるものの、その同定用マイク６は、制御工程には不要である。ゆえに、制御工程を実施するときに、同定用マイク６が使用上の障害となる虞は無い。

さらに、前記の構成によると、同定部３Ａは、騒音が左右の制御領域Ｒｒ，Ｒｌにおいて同時に打ち消されたときに、伝達特性Ｃｅを左右別々に同定する。そうすると、例えば、右耳用の誤差マイク５ｒは、右耳用の制御音ばかりでなく、左耳用の制御音も検出することになる。したがって、左右各々の同定部３Ａは、左右から発せられた制御音の影響を両方とも反映しつつ、伝達特性Ｃｅを同定することになる。よって、例えば、同定工程を左右片側ずつ行うときと比較して、より適切な伝達特性Ｃｅを同定し、ひいては騒音制御対象音を十分に消音することが可能になる。

図３は、消音装置１による消音効果を例示するグラフである。図３の横軸は、右耳元において集音した合成音の周波数（Ｈｚ）を示しており、図３の縦軸は、その音圧（ｄＢ）を示している。図３の破線は、消音装置１が作動していない場合の合成音に対応しており、図３の太線は、同定工程を左右同時に行った場合（つまり、左右のスピーカ４ｒ，４ｌから発せられる制御音を両方とも考慮し、騒音が左右同時に打ち消されたときに、伝達特性Ｃｅを左右別々に同定した場合）の合成音に対応している。そして、図３の細線は、同定工程を片側ずつ行った場合（つまり、左側のスピーカ４ｌから発せられる制御音を考慮することなく、右側のスピーカ４ｒから発せられる制御音のみを考慮して伝達特性Ｃｅを同定した場合）の合成音に対応している。

図３より、同定工程を左右同時に行うと、それを片側ずつ行うときと比較して、音圧が有意に低減されることが見て取れよう。

《他の実施形態》
前記実施形態では、騒音を打ち消す対象として、使用者Ｕの両耳元を例示したが、この構成には限られない。例えば騒音の影響を受け易い精密機器に適用してもよい。従来、精密機器付近に誤差マイクを配置すると、その誤差マイクが障害となる虞があった。それに対し、前記の構成は、精密機器から離れた位置に誤差マイクを配置することができるという点で有効である。

前記実施形態では、ＬＭＳアルゴリズムによって第１適応フィルタ３１及び第２適応フィルタ３２を更新することを例示したが、この構成には限られない。例えば、ＮＬＭＳアルゴリズムによって更新してもよい。

また、前記実施形態では、第１適応フィルタ３１及び第２適応フィルタ３２は、双方ともＦＩＲフィルタとして構成されていたが、この構成には限られない。例えば、ＩＩＲフィルタとして構成してもよい。

１ アクティブ消音装置
２ 参照マイク
３ コントローラ
３Ａ 同定部
３Ｂ 制御部
３１ 第１適応フィルタ（適応フィルタ）
３２ 第２適応フィルタ（ディジタルフィルタ，第２の適応フィルタ）
４ スピーカ（２次音源）
５ 誤差マイク
６ 同定用マイク
ｕ１ 領域内集音信号
ｕ３ 領域外集音信号
ｕ４ 同定信号
Δｕ 差分信号（制御用誤差信号，同定用誤差信号）
Ｃｅ 伝達特性
Ｒ 制御領域
Ｒｌ 制御領域
Ｒｒ 制御領域
Ｓ 主音源（騒音源）
Ｈ 伝達関数（伝達特性と等価な伝達関数）

Claims (6)

1. 主音源から発せられた制御対象音を検出すると共に、該検出結果に対応した参照信号を出力する参照マイクと、
   前記参照信号を信号処理することにより制御信号を出力する適応フィルタを有しかつ、該適応フィルタを逐次的に更新可能に構成されたコントローラと、
   前記制御信号に対応した制御音を発する２次音源と、を備え、
   前記コントローラは、所定の制御領域内において前記制御対象音を打ち消すように、前記適応フィルタを介して前記２次音源の発音をフィードフォワード制御するよう構成されているアクティブ消音装置であって、
   前記制御領域外に配置されかつ、前記制御音と前記制御対象音とが合成された合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した領域外集音信号を出力する誤差マイクを備え、
   前記コントローラは、
   前記制御音によって前記制御領域内において前記制御対象音が打ち消されたときの、前記参照マイクから前記誤差マイクに至る伝達特性を同定する同定部と、
   前記参照信号と前記領域外集音信号とに基づき前記適応フィルタを更新することにより、前記伝達特性と一致するように前記２次音源の発音をフィードフォワード制御する制御部と、を有するアクティブ消音装置。
2. 請求項１に記載のアクティブ消音装置において、
   前記制御部は、
   前記伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタに、前記参照信号を入力するステップと、
   前記誤差マイクによって、前記領域外集音信号を出力するステップと、
   前記ディジタルフィルタから出力された信号と、前記領域外集音信号との差分を示す制御用誤差信号を最小にするように、前記適応フィルタを逐次的に更新するステップと、を実行するアクティブ消音装置。
3. 請求項１又は２に記載のアクティブ消音装置において、
   前記制御領域内に配置されかつ、前記合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した領域内集音信号を出力する同定用マイクを備え、
   前記同定部は、
   前記同定用マイクによって、前記領域内集音信号を出力するステップと、
   前記領域内集音信号を最小にするように、前記適応フィルタを逐次的に更新するステップと、
   前記領域内集音信号の最小化が完了したときに、前記伝達特性を同定するステップと、を実行するアクティブ消音装置。
4. 請求項３に記載のアクティブ消音装置において、
   前記コントローラは、
   前記参照信号を信号処理することにより同定信号を出力する第２の適応フィルタを有し、
   前記同定部は、
   前記第２の適応フィルタに前記参照信号を入力するステップと、
   前記誤差マイクによって、前記領域外集音信号を出力するステップと、
   前記同定信号と、前記領域外集音信号との差分を示す同定用誤差信号を最小にするように、前記第２の適応フィルタを逐次的に更新するステップと、
   前記領域内集音信号及び前記同定用誤差信号の最小化が両方とも完了したときに、前記第２の適応フィルタを、前記伝達特性と等価な伝達関数を有するディジタルフィルタとするステップと、を実行するアクティブ消音装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクティブ消音装置において、
   前記制御領域は、使用者の両耳元付近の領域であって、
   前記同定部は、前記制御対象音が左右の耳元で同時に打ち消されたときに、前記伝達特性を左右別々に同定するアクティブ消音装置。
6. 主音源から発せられた制御対象音を検出すると共に、該検出結果に対応した参照信号を出力する参照マイクと、
   前記参照信号を信号処理することにより制御信号を出力する適応フィルタを有しかつ、該適応フィルタを更新可能に構成されたコントローラと、
   前記制御信号に対応した制御音を発する２次音源と、を備え、
   前記コントローラは、所定の制御領域内において前記制御対象音を打ち消すように、前記適応フィルタを介して前記２次音源の発音をフィードフォワード制御するよう構成されている消音装置を用いたアクティブ消音方法であって、
   前記消音装置は、
   前記制御領域外に配置されかつ、前記制御音と前記制御対象音とが合成された合成音を検出すると共に、該検出結果に対応した領域外集音信号を出力する誤差マイクを備え、
   前記制御音によって前記制御領域内において前記制御対象音が打ち消されたときの、前記参照マイクから前記誤差マイクに至る伝達特性を同定する同定工程と、
   前記同定工程を行った後、前記参照信号と前記領域外集音信号とに基づき前記適応フィルタを更新することにより、前記伝達特性と一致するように前記２次音源の発音をフィードフォワード制御する制御工程と、を備えたアクティブ消音方法。

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